第二章 數值分析與驗證
第三節 參數設定
如圖 2-9 所示，本文參照 ABAQUS 使用手冊 [1]，使用 ABAQUS 軟體 的數值模擬 CAE 介面，建立試體之幾何尺寸、材料組成律、載重方式、邊 界條件以及其他必須考量的設定，完成前處理各項動作之後進行熱傳分 析，再重複前面步驟，同時將熱傳分析結果導入非線性結構分析中進行部 分耦合之非線性結構分析，最後將分析結果進行後處理。
1 參數輸入
本文參數輸入採用 SI（mm）單位系統，因此必須將輸入的參數換算成 該單位系統，若輸出結果須用國內常用單位系統表示，則需再另行作單位 換算（見表 2-2）。
Thermal Analysis
File of thermal analysis result
Nonlinear Structural Analysis
分析結果導入File of nonlinear structural
analysis is result
在 ABAQUS 中定義塑性資料時採用真實應力（True Stress）與真實應 變（True Strain），然而材料實驗室輸出的資料通常是工程應力（Engineering stress）與工程應變（Engineering strain），因此在 ABAQUS 的使用上，參 照 ABAQUS 實務入門引導 [37]首須將工程應力與工程應變轉換成真實應
Nominal Strain），
為真實應力（True Stress），
nom為工程應力（即名義 應力：Nominal Stress）。另外 ABAQUS 在材料的塑性應變（Plastic Strain）部分以下式計算之。
在材料試驗中用來定義塑性行為的數據所提供之應變，並非是材料中的塑
（Total True Strain），
el為真實彈性應變（True Elastic Strain），
為真實 應力（True Stress），E
為彈性模數（Elastic Modulus）。2.元素選擇
由於金屬塑性變形具有體積不可壓縮的性質，這限制了彈塑性模擬分 析時可使用的元素類型，因為體積不可壓縮限制元素積分點處的體積保持 常數，可是當某些元素類型加入不可壓縮的約束，使得元素過度約束，一 旦元素不能消除這些約束時，就會造成體積自鎖（Volumetric Locking）的 現象，導致分析行為過於剛硬。本文選擇 C3D8 元素，如圖 2-10（a）所示，
此元素屬一階線性元素，其積分點只有元素中心ㄧ點，在每個方向都以線 性內插的方式來處理。除了本實驗的試體外，其餘各種結構分析實際所用 的元素也都以此為基本型式。
1.熱傳分析：
輸入實驗所得之梁柱表面溫度，進行熱傳分析到試體內部，僅考慮試 體表面的熱傳導效應，則分析採用 DC3D8 元素，除了具有 C3D8 基本元素 的特性外，亦可用於熱傳導的計算，此元素符號介紹如圖 2-10（b）。
2.非線性結構分析：
通常認定元素節點越多的，模擬效果越佳，但是金屬材料具有體積不 可壓縮性，當分析模型材料具有不可壓縮性時，ABAQUS∕Standard 中的 完全積分二次實體元素對體積自鎖（Volumetric Locking）非常敏感，因此 不能用於彈－塑性問題模擬，本研究分析抗彎矩梁柱接頭在高溫環境下的 行為，分析所採用的是 C3D8I 元素，如圖 2-10（c），此元素為非協調模式 元素，可用來計算結構產生彎曲變形的力學行為，同時也可導入熱傳分析
得到的溫度資料，進行各溫度下力學行為分析，同時可避免體積自鎖現象。
在本次實驗計畫中，在 ABAQUS 分析程式，試驗Ⅰ、Ⅱ與Ⅲ皆為高溫 試驗，必須考慮熱傳分析，為便於程式分析，簡化鋼材表面溫度，將採用 實驗計畫中的試體平均表面溫度，其溫度分佈圖區分如圖 2-11，對照由試 驗各斷面的最終溫度值簡化為各區塊的最終溫度(見表 2-3)，並附上試驗
Ⅰ、Ⅱ之各部分的實驗平均溫度（包含爐溫資料）歷時圖為圖 2-12～2-15，
作相關的檢核與校正。
表 2-2 ABAQUS 單位係數統一覽表
量 SI SI(mm) US Unit(ft) US Unit(inch)
長度 m mm ft in
OC4A 371 167 555 417 603 516OC3B 184 154 553 266 617 579 OC4B 381 177 577 454 623 490
接頭 232 471 553 OC3C 477 256 566 383 608 346 下柱 374 497 520 B2A 460 395 563 459 729 536 接合 334 509 626
B1a 566 333 638 593 729 691 B1b 695 270 643 600 701 674 B2B 586 154 595 386 653 403
左梁 459 563 643 B1c 601 447 600 386 658 619
B1d 616 198 595 264 640 404 B1e 642 444 668 208 706 483 B1f 650 402 638 294 729 408 B1g 702 702 740 633 769 701
右梁 550 502 602
圖 2-9 ABAQUS -分析流程圖
Linear element 8-node brick，
C3D8
圖 2-11 簡化分析之分區示意圖
1 1
f g
左梁 接頭
Type C&D 接合方式(托
2
1(Column Top)
(Connection)
(Column Bottom)
(Link) (Right Beam) (Left Beam)
TypeC(Column portion)-Time&Temperature
Column Top Connection Column Bottom 平均爐溫
圖 2-12 Type C-柱部份溫度歷時關係圖
TypeC(Beam portion)-Time&Temperature
0 Left Beam Right Beam 平均爐溫
TypeD(Column portion)-Tme&Temperature
Column Top Connection Column Bottom 平均爐溫
圖 2-14 Type D-柱部份溫度歷時關係圖
TypeD(Beam portion)-Tme&Temperature
0 Left Beam Right Beam 平均爐溫
圖 2-15 Type D-梁部份溫度歷時關係圖