【OptiStruct 2025~2025.1】技術新亮點

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【 OptiStruct 2025~2025.1 技術新亮點 】

【 亮點新技術的實際工程應用 】

       新的功能不僅是強化軟體的能力，在實際的工程應用上，也能發揮關鍵的作用，能夠完成一些過去認為不容易模擬的物理現象。

其中我們認為比較有價值的應用方向，列出如下：
 

電子產品落摔分析

       許多電子產品在做落摔分析前，需要先做螺栓預緊或是卡扣緊配的分析，以獲得緊固後的狀態，在此狀態下的落下分析結果，才是準確的，會使用到『隱式與顯式求解』接續分析的功能如圖1。

       電子產品落摔或是衝擊分析，可能含包裝材，想要驗證包裝材起到的緩衝效果，新功能支援了應用於 Explicit 分析中的 Foam 材料模型如圖2。

       如果某些重要的零件，需要直接考慮材料失效導致的結構破壞行為，現在新版本中也能支援 Explicit 下材料的損傷與失效如圖3。

 

圖1.隱式與顯式求解接續分析



圖2. Explicit Foam 新增材料模型

圖3. Explicit 下材料的損傷與失效

連接器端子插拔分析

● 端子在做插拔分析時一般是考慮為『常溫』的狀態，所以透過分析可以獲得常溫下的『插入力』與『保持力』數據，但是若考慮端子插入後通電導致的升溫現象，則必須能夠模擬材料因為溫升而材質變化的物理行為。
 

在新功能中支援輸入溫度相依的材料塑性行為(應力應變曲線)如圖4，就能完美對應這樣的模擬需求。

● 如果在端子通電時，需要考慮因焦耳熱造成的溫升現象，甚至要進一步考慮溫升後造成的『結構熱膨脹』與『熱應力』行為，則需要一口氣做電熱固耦合分析，這種超群的分析能力，在新版中也同步新增了這個重磅功能。那就是電熱固全耦合非線性分析如圖5，不僅能考慮物理場耦合，且3個物理場的非線性行為都能計算。
 

圖4. 支援輸入溫度相依的材料塑性行為(應力應變曲線)

圖5. 電熱固全耦合非線性分析

『鏡頭模組鏡片膠合』強度驗證

● 鏡頭模組中的鏡片，常常使用膠合的方式與其他鏡片或是外部結構結合，一般來說鏡頭模組是需要考慮在『不同溫度環境』的使用狀態的，因此，膠合強度可能也需要考慮【溫度】的影響，在新版中新增的其中一個功能就是：在膠合分析功能中『支援溫度相依』如圖6，使 OptiStruct 已經具備了處理這樣物理問題的模擬能力。

 

圖6. 膠合分析功能支援溫度相依

複合材料的『熱膨脹』與『熱應力分析』

● 此次其中一個新功能就是能夠考慮【非等向性材料的熱膨脹係數】如(圖7)，工程上最常應用的非等向性材料就是複合材料了，現在對於複合材料的熱分析能力大大提升。

 

圖7. 支援非等向性的熱膨脹係數

結構非線性挫曲分析

● 要確認結構的可承受力量上限，一般都是非線性分析不斷擠壓結構的特定位置，來確認挫曲後的反力上限。

例如：【手機三點彎曲分析】

       而這樣的題目有一個大問題，就是不確定『強迫位移負載要給多少』。給少了→怕沒抓到反力峰值；給多了→怕把分析時間拉得太長，效率低下也浪費計算資源。

       這次在新版中 Sensor 功能可以支援 Implicit 計算了，如(圖8)。其目的為：監控『特定物理量的變化』以”判斷”是否該中止分析。

● 不確定結構反力上限時，可以放心設定”較大”的強迫位移，使用此功能『自動』截斷求解時間，例如：監控擠壓頭的反作用力是否過峰值，過峰值後就自動停止計算，不必擔心計算過久的問題。

● 在結構發生『非線性挫曲』後，可能會發生自我接觸（Self Contact）的情況，如果在設定接觸對時，沒有預先考慮到此情況，那分析所得到的物理行為可能完全不正確。

現在自動接觸也能支援 Implicit Analysis 如（圖9），我們可以用自動接觸來處理這樣的問題來避免設定上的失誤。

 

圖8. Sensor 設定支援 Implicit Analysis

圖9. 自動接觸能支援 Implicit Analysis

航太/航空飛行器之特殊負載分析

● 在執行飛行器的飛行負載分析，一般來說＂沒有辦法＂施加強迫位移的拘束，大部分都是使用『慣性釋放（Inertia relief）功能』完成分析，但過去慣性釋放不能考慮幾何非線性，導致一些特殊題目解不了。例如：【局部受到高壓負載且材質為非等向性材料】，這樣的題目使用線性分析則會得到不合理的分析結果。

此次的新功能大變形分析步支援『慣性釋放』如（圖10），就能完美解決這個困境。

 

圖10. 大變形分析步支援慣性釋放
 

環境狀態改變之非線性分析

● 現在 OptiStruct 雖然已經具備多物理場模擬甚至是互相耦合的能力了，但是某些特殊的環境變數，仍然沒辦法考慮，例如：彈片插入後提供潤滑，使拔出過程更順利的狀況，或是結構受力後，因為環境濕度上升，導致變形再度增加，甚至強度降低的狀況。

● 但我們現在可以透過 Subcases 相依的摩擦係數與材料係數設定如（圖11）與（圖12），來模擬這樣的環境變化的狀況。

● OptiStruct 提供了一個機制，讓用戶直接隨『Subcases』來控制相關參數，＂不用考慮＂到底是潤滑還是濕度起了作用，而是＂直接觀察＂這樣的變化造成的影響。

圖11. Subcases 相依的摩擦係數設定

圖12. Subcases 相依的材料係數設定

壓電材料最佳化設計

● 現在可以對使用壓電材料的結構做＂拓樸、形狀與尺寸＂最佳化分析了。
 

● 透過這樣的功能，可以權衡電能轉機械能的性能表現與結構剛性強度，得到一個理論上的最佳化外型給研發人員參考，或許能進一步激發出新的設計想法與方向。

圖13. 拓樸最佳化分析支援壓電材料

【 結語 】

1. 在2025之後的版本上，OptiStruct 的功能有顯著的增強，當前的版本已經可以求解決大部分的工程議題。
2. 在最新的版本上，新增了許多實用的功能，例如：Sensor 支援 Implicit、Inertia Relief 支援大變形分析、自動接觸支援 Implicit 與 PCOMP 支援塑性行為等，再度提升 OptiStruct 的應用彈性與便利性。
3. 現在的顯隱接續分析的功能已趨於完整，在 Explicit 求解上，也增加包材類的材料模型和可以考慮材料破壞的功能，使大部分的用戶如果需要使用 Explicit 求解時，可以優先考慮直接使用 OptiStruct 求解，節省轉換 Solver 所花費的時間與精力。
4. 除了上述的實用型的新功能外，也新增了高級的求解功能，例如：可以依據不同 Subcase 來改變＂接觸摩擦係數＂或是＂材料性質＂以及拓樸最佳化支援壓電材料等，進一步提升 OptiStruct 的應用範圍。
5. 以上的技術我司已經完成先期研究，若有相關的需求，歡迎與我們聯繫。