第五章 挫屈型消能元件之ANSYS分析
5.2 ANSYS軟體架構
5.2.1 前處理器
ANSYS
前處理器大致可分為以下三部分：1.
選擇適當元素、定義元素特性及材料性質。2.
建立結構物實體模型。3.
有限元素模型網格化。首先第一步驟是元素的選擇，選擇完畢後，即決定模型要如何簡 化與建構方式，同時也決定了解題與邊界條件之方式。
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元素以空間的立場來分：點（
key point
）元素，例如mass21
，它是以質量點代替物理系統中的某一部份，如此可以簡化元素使用量，但又不影響結構細節的描
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述。
線（
line
）元素：包含樑（beam
）元素、管（pipe
）元素及連接（link
） 元素，每種元素使用假設均不同，有歐拉樑（Euler beam
）或非對稱等 不同假。面（
area
）元素：最常採用的是薄殼（shell
）元素，所使用理論有 薄殼、厚板及薄膜理論等，利用薄殼元素建立結構模型時，必須取結構物實體體積的中間平面（
middle plane
）當成網格化使用的模型平 面，所以需花費較多時間建立模型平面，但透過此法後結構即簡化，因此計算所需時間會比全部用實體元素時間簡短。
體積（
volume
）元素：可分為實體體積（solid
）元素或以2-D
模擬
3-D
的平面（plane
）元素，它所探討的包含平面應力（plane stress
）、平面應變（
plane strain
）及軸對稱（axis-symmetry
）等假設特性；使用 時需注意將模型建立在X−Y
平面上，若是軸對稱分析，則除了將模型 建立在正的X−Y
平面上，且只能在+X
象限內並以Y
軸為旋轉中心軸。通常採用的實體元素是
solid45
、solid186
等，只要將模型建立後做適 當的網格化，即可進行有限元素分析。除了上述常用元素外，
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之元素庫還有許多以cont
開頭的接 觸元素，以viso
為開頭的特殊材料特性元素，還有用於描述流動的流體（
fluid
）元素等，吾人可以針對分析對象選擇最適當元素，達到最接近實際情形的分析效果。
元素選擇完畢，接著設定元素參數（
real constant
），元素參數會隨 元素不同有不同意義，如樑（beam
）元素的元素參數代表元素截面積（
area
）和慣性矩（moment of inertial
）等資料。參數設定完成後，要考慮材料性質（
material property
），此時要先 考量材料在變形後是否進入塑性（plasticity
）變形區而形成材料的非線性（
nonlinear
）現象；一般而言，若不確定是否存在非線性現象，初期考量以線性（
linear
）材料為主。但若再分析完畢後，於後處理器（
postprocessor
）中確認違反線性假設，則必須重新以非線性模式驗證一次。
接著，進行
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實體模型建立；從作法上可區分為兩種，分別 是從上而下（top-down
）以及由下而上（bottom-up
）。一般而言，從上 而下法必須先建立基礎幾何單元，如圓柱、四方體等，再將這些基礎 單元透過布林運算（boolean operation
）技巧組合起來；布林運算包含 加（add
）、減（subtract
）、交（intersect
）、分解（divide
）、粘接（glue
）、搭接（
overlap
）等功能，可依需求使用；從上而下法普遍使用在較規則形狀結構物的建立。至於由下而上法則是先建立結構物上的重要關
鍵點（
key point
），再將點連成線，線再連成面，而後面再合成一個體積，最後運用布林運算完成實體模型；此法一般應用在於比較複雜的
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結構物建立。
最後一步是將實體模型網格化（
meshing
），此技巧可區分為自由網格（
free mesh
）跟規則網格（mapped mesh
）兩種方法。自由網格法對於實體模型限制要求較少，可以利用
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內建的自動網格產生器（
mesh generator
）進行，使用前僅需輸入網格大小、密度及型式，或是指定分割為幾等分；經確認後，實體模型即可轉換為有限元素模型。
然而，規則網格法卻有較多條件限制，其幾何體積必須符合一定的要 求，否則無法格點化，因此需花費較多時間將實體模型作細部分割，
但是規則網格法的優點為計算結果較自由網格法嚴謹、準確。
有限元素模型之產生，除了上述由實體模型轉換，還可透過直接 定義關鍵點位置，再由點連成線，最後組合成有限元素模型的方式建 立；當有限元素模型產生後，前處理器部分亦完成。
在文檔中
挫屈型防震消能元件之研發
(頁 66-70)