在開始使用ＣＡＥ前必須確實學好的有限元素法（５）
實體四面體一階元素其實很危險？
使用實體四面體元素時，有個重要的約定。如果不遵守這個約定，可能會有危險的結果等著你？
在前一篇中，說明了元素也有階數，而這個階數是和節點的數目相關的，還有就是節點也有自由度。更重要的是，元素有分精度好的元素與精度壞的元素。也許這些說明會讓你覺得無聊，就請先忍耐，因為忍耐學習之後，就能獲得有用的知識。請持續下去。
這次則是打算說明實際使用有限元素的秘訣、與除了前面說明過的三大有限元素以外的重要元素。
１．四面體元素得要使用二階版本
大家設計的產品有許許多多的造型，就一般的道理來看，如果造型看起來像是一根桿子，就可以使用桿元素來分析模擬。如果造型看起來像是一片平板，就可以使用薄殼元素。不過，並不是「像桿子一樣的東西就應該使用桿元素」或「像塊版的東西就應該用薄殼元素」。接下來筆者想在本文之後的某處來談一下「微觀的分析模擬」與「巨觀的分析模擬」，因為想要模擬產品整體的狀況，抑或是想只針對產品某個局部來研究，有可能會需要使用不同的元素。畢竟就算是巨大的油輪，也是有使用桿元素來建立模擬模型的時候；相反地，就算薄如一張紙，如果想考慮「厚度」上的狀況，那麼也就會使用實體元素來建立有限元素法模型。
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老栗的「休息一下專欄」：船和棒子是同樣的東西？
當２５年前，筆者開始從事分析模擬這一行時，當時的上司正是構造模擬分析的專家。說我是從他身上學到分析模擬的實用使用技巧也不為過。這位大師現在仍在和分析模擬相關的特定非營利活動法人活躍著呢。他是造船業出身，做過大型油輪的分析模擬。工作上是理所當然，其實不論公私我都深受他照顧。直到現在我都還認為他是我的人生導師呢。
而筆者自己當時也是靠船舶相關的分析模擬吃飯。如果是跑大型船舶的案子，就變得相當複雜，因為船體是由很多道壁分隔組成整體的結構。在這樣大船的圖面之前，還是模擬初學者的筆者就變得一片迷惘。
導師就開示了：「先把船隻當作是一根桿子，先在初步計算看看」。
我：「不會吧？這麼大的船耶？裡面還有滿滿的分隔壁．．．」
師：「船在波浪狀態下，大致只有兩種狀況（如下圖）。如果用一根桿子來近似，就能簡單手算了」。
這個（近似）想法，直到現在都有很多值得參考之處。因為可以用判斷分析模擬的結果是否正確。詳情的話，就等有機會再解釋。
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現在先假設大家想模擬的東西是型態比較厚實（可以躺下來的一大塊形狀）的好了。
既然如此，就輪到實體元素登場了。當然，這裡就會讓人想使用精度較高的六面體元素，但之前有提過我的見解：「目前還沒有可以使用六面體來切割任意自由形狀的實用技術」。
那麼你就會問：哪一種元素，可以自動切割任意自由形狀的物體？
答案是四面體元素。只要使用四面體元素，就可以３Ｄ ＣＡＤ軟體建立出來的形體自動切割好網格。四面體就是可以自動切割出毫無間隙、塞滿原本形狀的網格。
接下來，要請大家回想起來「元素是有階數的」之重點。階數越多，元素的精度就越高。四面體元素，當然也有階數的區別。以下雖然只不過是一般的原則，但實體元素中使用的是六面體的話，一階的版本（只有元素的頂點有節點）就可以通用無阻了。但如果順著這樣的想法，使用了四面體的一階版本來模擬的畫，在精度上就可能出現很大的問題。如果能將網格切的非常細的話，或許沒有問題；但內建在３Ｄ ＣＡＤ軟體中、成為其一個功能模組的分析模擬模組、或是專為設計者使用的ＣＡＥ應用程式，大多是自動決定元素／網格的大小。而這些自動決定出來的網格大小，根據我的經驗往往是不適合的。
所以筆者在這裡訂定一個重要的約定：
使用實體四面體元素時，請務必使用二階元素的版本
當使用內建於３Ｄ ＣＡＤ軟體中的模擬模組、或是給設計者使用的ＣＡＥ模擬應用程式時，雖然都是由模組或應用程式自動將原本的３Ｄ形體切割成四面體元素，但請自行有意識地掌握住這些四面體元素到底是一階還是二階的版本，這是分析模擬前最重要的工作。由於模組或應用程式經常會預設成一階元素，請別忘了務必要仔細確認過。
此外實體四面體元素的產生選項，通常都在選單中比較深層的部分；就算是對話式視窗，也可能會很難看清楚。請務必特別小心注意（如圖１）：
圖１ 日文版Catia或SolidWorks軟體內建模擬模組的元素生成選項（都有階數設定的選項）
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