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CAE 結構分析－結構分析－以以 Workbench 為例為例 分析流程：建立幾何模型  發展模型(材質、網格)  設定分析條件(拘束、負 載)  求解(變形、應力)  檢視結果  驗證  產生報告 以懸臂樑承受均佈負載之分析為例： 啟動啟動程式程式 1. 所有程式(P)  ANSYS 12.1  Workbench，開啟應用程式 Workbench 2. 在左工具列 ， 點選 Analysis Systems (分析系統)的Static Structure (靜態結構) 模組，或拖拉它至 Project Schematic (專題規劃) 分析系統 電性(ANSYS) 顯性動力學(ANSYS) 流體流動(CFX) 流體流動(FLUENT) 諧和響應(ANSYS) 線性挫屈(ANSYS) 靜態磁學(ANSYS) 模態(ANSYS) 隨機振動(ANSYS) 響應頻譜(ANSYS) 形狀最佳化(ANSYS) 靜態結構(ANSYS) 穩態熱傳(ANSYS) 熱電性(ANSYS) 暫態結構(ANSYS) 暫態熱傳(ANSYS) 3. 按Save Project (儲存專題)，將新的專題命名為 Beam，其延伸檔名為 wbpj (即 Workbench Project Files)。

建立幾何模型建立幾何模型 1. 點選 3 Geometry (幾何)，或按右鍵選New geometry (新幾何)，進入 Design Modeler (設計模型者) 2. Select desired length unit (選擇想要的長度單位)交談窗中 ， 選取Millimeter (公 釐 mm)，按 OK；或直接按 OK，以接受內定的長度單位 3. 在上工具列，按圖像New Sketch (新的草圖)，自動命名為 Sketch1 4. 目前工作平面處於 XY Plane，按圖像 Look at Face/Plane/Sketch (觀看面/ 平面/草繪)，將視角轉至草繪平面 5. 在左工具列下方，按 Sketching (草繪)；在 Draw (繪圖)選項中，選擇 Rectangle (矩形)，草繪一矩形，使其左下角固定於原點 6. 按 Dimensions (尺寸)  General (一般)，標註水平 H1 及垂直 V2 尺寸 7. 在左工具列下方 Details (細項)中，修改 H1 及 V2 值分別為 200 及 50 mm；按Generate (產生)，確認該圖形。

8. 在上工具列，按Extrude (拉伸) 9. 在左工具列下方之細項中，設 FD1, Depth (深度> 0)為 30 mm 10. 按Generate (產生)，確認該幾何 11. 在上工具列左方，按Save Project (儲存專題) 12. 再按右方，回到 Project Schematic (專題規劃) 發展模型發展模型 1. 在 Project Schematic (專題規劃)，點選 2Engineering Data (工程資料)，或 按右鍵選Edit (編輯) 2. 內定材料為 Structural Steel (結構鋼)，其材料性質如下： 3. 在上工具列，按Return to Project (回到專題) 4. 點選 4 Model (模型)，或按右鍵選Edit (編輯)，進入 Mechanical (機械)分析 5. 在左側 Model (模型)樹中，展開 Geometry (幾何)、點選 Solid (實體) 6. 注意下方 Details (細項)中，Material (材料)內定為 Structural Steel (結構鋼) 7. 選取Mesh (網格)，按右鍵選 Preview Mesh (預覽網格)。

8. 在左下方細目中，Statistics (統計)顯示分割出 1782 Nodes (節點)及 300 Elements (元素) 設定分析條件設定分析條件 1. 在 Model (模型)樹中，選取Static Structure (靜態結構) 2. 在上工具列，按Supports (支撐)，選Fixed Support (固定的支撐) 3. 選取左側面(必要時按Rotate 以旋轉物體，按Face 以挑選面)；在左下 細目中 Geometry (幾何)，按 Apply (應用) 4. 在上工具列，再按Loads (負載)，選Force (力) 5. 選取上側面，在左下細目中 Geometry (幾何)，按 Apply (應用)；並設定 Magnitude (大小)為 600，Direction (方向)朝下 6. 若要確認先前設定的拘束與負載，可再點選Static Structure (靜態結構) 7. 在模型樹中，點選 Solution (解答)，以建立需要解答的物理量如位移及應 力 8. 在上工具列，按 Deformation (變形)，選Total (全部) 9. 同樣地，在上工具列，按 Stress (應力)，選Equivalent (von Mises) (等效/ 馮氏)，以及 Normal (正向) X Axis (X 軸)。

求解求解 1. 在上工具列，按Solve (求解)經過數秒鐘，即完成求解過程 檢視檢視結果結果 1. 點選先前設定的Total Deformation (全部變形)，可看到物體的變形 2. 圖中顯示最大變形量約為 0.0102 mm，如預期地，發生於懸臂樑末端 3. 在上工具列，按Animate (動畫)，開始撥放物體受力時逐漸變形的動畫 4. 按Stop (停止)，則停止撥放動畫 5. 在上工具列，按Figure (圖片)，可建立目前畫面的圖片 6. 同樣地，點選先前設定的Equivalent Stress (等效應力)、Normal Stress (正向應力)，則可看到物體受力衍生的應力分佈 7. 圖中顯示最大等效應力約為 5.4MPa、最大正向應力約為 6.4 MPa，皆發生於 懸臂樑固定端上緣 8. 按Figure (圖片)，可建立目前畫面的圖片 9. 在螢幕下方，按 Print Preview (列印預覽)，可預覽要列印的圖形 驗證驗證 1. 一懸臂樑長 L = 200 mm、寬 b = 30mm、高 h = 50 mm，材質為鋼(E = 200 GPa = 200 kN/mm2)，受均佈負載 q = F/L = 600/200 = 3 N/mm，則其面積慣性矩 為 I = bh3/12 = 30(50)3/12 = 312500 mm4，且 最大變形量 δ =EIqL 84 =312500200000820034×××= 0.0096 mm 最大正向應力 σ =IMc=IhFL)2/)(2/(=312500)2/50)(2/200600(×= 4.8 N/mm2 2. 與模擬結果比較，其誤差量分別為 最大變形量誤差 =%1000096. 00096. 00102. 0×−= 6.3% 最大正向應力誤差 =%1008 . 4 8 . 44 . 6×−= 33% 3. 思考一下，什麼因素會造成這些誤差？ 產生報告產生報告 1. 在螢幕下方，點選 Report Preview (報告預覽)，可預覽要產生的報告。

2. 填入相關資訊，在文件左下方，按 Generate Report (產生報告)，即可產生一 份關於本模擬的簡要報告 3. 在上選單，點選Publish (發表)，可儲存已產生的報告 4. 在上選單，點選Print (列印)，可列印已產生的報告 建立幾何模型建立幾何模型 建立交叉管建立交叉管 1. 所有程式(P)  ANSYS 12.1  Workbench，開啟應用程式Workbench 2. 在左工具列，點選 Component Systems (元件系統)的Geometry (幾何)模 組，或拖拉它至 Project Schematic (專題規劃) 3. 將新的模組命名為 Pipe 4. 在上工具列，按Save Project (儲存專題)，將新的專題命名為 Modeling， 其延伸檔名為 wbpj (即 Workbench Project Files) 5. 點選 2 Geometry (幾何)，或按右鍵選New geometry (新幾何)，進 入 Design Modeler (設計模型者) 6. 在交談窗中 Select desired length unit (選擇想要的長度單位)，選取 Millimeter (公釐 mm)，按 OK；或直接按 OK，以接受內定的長度單位。

7. 切換工作平面至 ZX Plane在上工具列，按圖像New Sketch (新草圖)， 自動命名為 Sketch1 8. 按圖像Look at Face/Plane/Sketch (觀看面/平面/草繪)，將視角轉至草繪平 面 9. 在左工具列下方 ， 按 Sketching (草繪) ； 在 Draw (繪圖)工具箱中 ， 選擇Circle (圓形)，草繪一圓形，使其圓心固定於原點 10. 按 Dimensions (尺寸)  General (一般)，標註直徑 D1 尺寸 11. 在左下方 Details (細項)中，修改 D1 值為 10 mm；按Generate (產生)，確 認該圖形 12. 在上工具列，按Extrude (拉伸) 13. 在左下方 Details (細項)中，設 Direction (方向)為 Both - Symmetric (双向-對稱)，FD1, Depth (深度> 0)為 15 mm按Generate (產生)，確認該幾何 14. 同樣地，切換工作平面至 XY Plane在上工具列，按圖像New Sketch (新的草圖)，自動命名為 Sketch2。

15. 按圖像Look at Face/Plane/Sketch (觀看面/平面/草繪)，將視角轉至草繪平 面 16. 在左下方，按 Sketching (草繪)；在 Draw (繪圖)選項中，選擇Circle (圓形)， 草繪一圓形，使其圓心固定於原點 17. 按 Dimensions (尺寸)  General (一般)，標註直徑 D1 尺寸 18. 在左下方 Details (細項)中，修改 D1 值為 8 mm；按Generate (產生) 19. 在上工具列，按Extrude (拉伸) 20. 在左下方 Details (細項)中，設 Direction (方向)為 Both - Symmetric (双向-對稱)，FD1, Depth (深度> 0)為 15 mm；按Generate (產生) 21. 在上工具列，按Blend (混成)  Fixed Radius (固定半徑)，按著 Ctrl 鍵， 挑選兩圓柱的二交線 22. 在左下方 Details (細項)中，對於 Geometry (幾何)，按 Apply (應用)；設 FD1, Radius (半徑> 0)為 1 mm；按Generate (產生)。

23. 在上工具列，點選Thin/Surface (薄/曲面)，按著 Ctrl 鍵，挑選兩圓柱的四 端面 24. 在左下方 Details (細項)中，對於 Geometry (幾何)，按 Apply (應用)；設 Selection Type (選取類型)為 Faces to Remove (面被移除)；FD1, Thickness (厚度> = 0)為 0.25 mm；按Generate (產生) 25. 在上工具列，按 Save Project (儲存專題) 26. 若有需要，亦可按 Export… (。