前處理

前處理主要是建模工作，可分為以下三個部分：

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

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 元素名稱為例，其中Solid 代表的是實體元素，而 45 則是編號，這編 號是 ANSYS 的專用編號，當跳脫 ANSYS 之外時，其編號並沒有太 大的意義。以下針對元素複雜程度依序介紹，包括：

1. 點元素：以質點代替系統中之各部份， 可簡化元素之使用量，卻 又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，其 代表不同的自由度。連桿元素(Link)有兩個節點，每個節點依 2D 或3D 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針對 管線結構則選用管元素較貼切。例如 Beam54、Pipe17、Link10。

Beam、Pipe 及 Link 依序代表樑元素、管元素以及連桿元素，而其 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當成網格化使用的模型平面，透過

此方法以簡化結構，可縮短計算時間，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，另外 Plane42 指的是平面元素，42 為 其編號。

元素之型式選擇後，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）形為。在不確定的情況下，則先以線性

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

實體模型建立可借助 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，才能節 省處理模型的時間。ANSYS 建立實體模型之法，可分為從上而下

（top-down）以及由下而上（bottom-up）兩種模式。從上而下的做法 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）的技巧組合起來。至於由下而上的 做法，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，再由面再合成一個體積，最後亦須透過布林運算完成實體模 型。此種模式一般應用在比較複雜的結構物之建立上。

建模的最後步驟是將實體模型網格化（meshing）。其方法包括 自由網格（free mesh）與規則網格（mapped mesh）兩種。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 幾何體積必須符合一定的要求，否則無法網格化，因此需花費較多時 間將實體模型作細部分割。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。