前處理

前處理主要是建模工作，包括以下三個部分：

1 .選擇適當元素及定義材料性質。

2 .建立結構物實體模型。

3 .實體模型網格化。

元素選擇之目的在於針對分析物件之特性選定適當的元素，以求 得較為精確的分析結果。ANSYS 的元素類型以空間的概念來區分，其 內建之命名方式通常是以空間元素再加上編號為原則，以 Solid45 元 素為例，其中 Solid 代表的是實體元素，45 為其編號。茲依元素之 複雜程度分別介紹如下：

1. 點元素：以質點代表系統中之各部份， 可減少元素之使用量，而 不影響結構的細節描述。例如 MASS21，元素 MASS 代表的是質點，

其編號為 21。

2. 線元素：包含樑元素、管元素及連桿元素，每種元素的使用代表

等不同維度而有不同之自由度(UX、UY 或 UX、UY、UZ)，此元素為 只能承受軸拉及軸壓之二力桿件。樑元素為連桿元素在每個節點增 加一個自由度 ROTZ(扭轉)。如果樑的斷面是管狀或是管線結構時，

選用管元素較貼切。例如 Beam54、Pipe17 及 Link10 等。Beam、Pipe 及 Link 依序代表樑元素、管元素以及連桿元素，其代表編號為 54、

17 與 10。

3 .面元素：即薄殼(shell)元素。當以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(neutral plane)當成網格化使用 的模型平面，以此則可簡化結構，縮短計算時間。例如 Shell63，

其中 Shell 代表薄殼元素，63 為其編號。

4 .體積元素：所探討的包含平面應力(plane stress)、平面應變 (plane strain)及軸對稱(axis-symmetry)等特性，可分為實體體 積元素或以 2-D 模擬 3-D 的平面元素，例如 Solid45、Plane42。

Solid45 為實體元素，其編號為 45。Plane42 則為平面元素，42 為 其編號。

元素型式選擇後，即可設定材料性質(material properity)。此 時要先考慮所分析之對象，其材料是否會進入塑性(plasticity)而產 生材料非線性(nonlinear)行為。在不確定的情況下，則先以線性

(linear)材料進行分析。若運算結果顯示其構件行為與線性假設不符 時，則必須以非線性模式重新計算。

實體模型之建立可借助 CAD 軟體或 ANSYS 前處理工具進行繪製工 作。CAD 軟體繪製之實體模型，可經由 IGES、SAT 及 PARA 等轉換方 式進行匯入，模型須在 CAD 軟體中先進行簡化的工作，以節省處理模 型的時間。ANSYS 建立實體模型之方法，可分為由上而下(top-down) 以及由下而上(bottom-up)兩種模式。由上而下的做法必須先建立基 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)組合起來。至於由下而上的模式，則是先建立 結構物上的重要關鍵點，再將點連成線，再由線連成面，再合成一個 立體，最後亦須透過布林運算聚合成實體模型。此種模式一般應用於 複雜結構之建立。

建模的最後步驟是將實體模型網格化(meshing)，包括自由網格 (free mesh)與規則網格(mapped mesh)兩種方式。自由網格法對於實 體模型之限制較少，可利用內建之自動網格產生器進行，使用前僅需 輸入網格大小及型式或指定分割之等分，網格產生後，實體模型即可 轉換為有限元素模型。規則網格法則有較多的條件限制，其幾何體積

模型作細部分割。通常規則網格法之計算結果較自由網格法準確。當 有限元素模型產生後，前處理工作即告完成。