在開始使用ＣＡＥ前必須確實學好的有限元素法（８）
嘗試僅使用免費軟體來進行結構分析模擬（上）
介紹筆者徹底驗證免費分析模擬工具軟體之過程！如果是簡單形狀的元件，這些免費軟體可以充分做到實務水準的分析模擬。
前一篇已經提出手算懸臂樑的變形量問題，不知道大家是否能夠順利算出來？是否能夠包含單位轉換在內都正確無誤得到解答？
請大家千萬不要放棄手算這個問題。雖然稍微有點麻煩，但請想成不會手動計算的人也沒資格去跑分析模擬軟體。雖然覺得「就是不想用手算，才會有分析模擬軟體的出現」的想法也是理所當然，但換個例子來看，不認識Ｄｏ Ｒｅ Ｍｉ的人，也無法演好鋼琴。硬是要彈還是會有聲音沒錯，但那就不算是演奏了。
最近製作給設計者使用的ＣＡＥ軟體其實都做得不錯，簡簡單單就能跑出答案；但是僅靠學好操作方法就能跑出可以使用的模擬結果的人，都可以算是工程上直覺很好的人。而這樣的人，對於懸臂樑公式一定就像是吃早餐一樣可以清楚理解。
本文寫到這裡，也該使用實際的分析模擬軟體來跑一下模擬了。接下來就打算說明有限元素法的核心部分，而透過實際使用模擬軟體來說明，一定會更加加深對於有限元素法的理解。
不過，如果是公司本身就有可以自由使用的分析模擬軟體的話那還好，但恐怕不是每個人都能有這麼良好的環境。如果想要自己購買的話，這些分析模擬軟體又非常昂貴。
因此，這次就要來介紹可以免費使用而且堪用的分析模擬軟體。這些軟體都有好些使用限制，但基本上都是免費的。根據筆者使用的感想，對於簡單形狀的元件來說，這些軟體都算是十分實用的水準。
前言好像寫得太長了，接下來就馬上開始介紹吧。
筆者的請求與注意事項
這裡所介紹的免費軟體，未必不含後門程式或廣告軟體，因此安裝上請自負責任。在筆者調查的範圍內，這些軟體看起來都不是惡質軟體，但還是先約法三章。
此外，下載這些程式的過程中，會有需要輸入個人電子郵件等等個人資料，這可能會被這些軟體的開發公司拿來作為行銷或廣告之用，因此在輸入個人資料時，請務必準備好安全對策。
另外軟體的安裝細節這裡就省略了。雖說如此，安裝過程也和其他的軟體安裝沒有甚麼不同，請大家加油囉。這裡好像講得有點從上對下式地命令口氣，但「甚麼都不做，就會甚麼都學不到」。
然後這次使用的ＯＳ平台是Windows XP 32bit版、SP3。這次介紹的免費軟體中，也是有可以安裝在Linux的版本，請小心注意不要下載錯誤的版本。
首先做出實體形狀。那麼有免費的３Ｄ ＣＡＤ嗎？
最近開發出來給設計者使用的ＣＡＥ軟體，使用上都非常簡單。但模擬的順序與內容卻幾乎都像黑箱狀態一樣。而免費軟體，當然不可能像市售的ＣＡＥ軟體那樣具有漂亮整潔的環境。這裡所謂的「漂亮整潔的環境」，就是在３Ｄ ＣＡＤ中做好實體外型，設定分析模擬條件，進而進行模擬。整個環境流程就像是黑箱一樣。
這次我們則是要拆開分析模擬的流程，並介紹每個階段需要用到的免費軟體。為了要將每個模擬程序更加明確化，就要將模擬的走向清楚地分解出來。
另外，雖然可以拿之前的懸臂樑來當作分析模擬模型，但就這樣只有一根棒子的形狀，實在有欠趣味性，而且大家設計出來的東西往往會比這複雜很多，更何況有限元素法的價值就在形狀之上。
但說到「要做出外型形狀」的話，就得使用３Ｄ ＣＡＤ軟體。於是筆者就試著找看看有沒有還算馬馬虎虎可用的免費３Ｄ ＣＡＤ軟體。在免費的３Ｄ ＣＡＤ軟體上，Google公司的SketchUp算是非常有名，但它無法輸出泛用的檔案格式（付費版的SketchUp Pro才能輸出）。
結果筆者找到的是AlibreDesign這套軟體。其官網網址如下：
雖然下載前得要填寫不少個資，但倒是一下就下載成功了。
此外，到正式下載前，應該會看到類似底下這樣的網頁。
圖１ AlibreDesign的下載網頁
這個軟體的使用手冊，竟然是超過５００頁的超級大作！！！只不過全部都是英文。
在官網上也可以找到安裝手冊，這裡就不另外介紹。
AlibreDesign雖說是免費軟體，但從安裝日開始計算，可以試用專業版（付費版）３０天的功能，超過３０天後就會變回免費版，其功能會大大限制到令人驚訝的程度，真的只剩下最基本的功能了。雖說，它是免費的，這本來就無可厚非．．．（令人驚訝的功能限制，後續再介紹）。
參照上述的使用手冊，很快看過基本的３Ｄ外型部分，用來畫出稍微複雜的外型應該就很足夠了。至於這個軟體的使用方法，就請大家各自去摸索學習。對於以前就使用過其它ＣＡＤ軟體的人來說，應該對比一下指令的名稱就能很快上手才對。對於沒使用過ＣＡＤ軟體的人來說，也請務必透過這個機會來體驗一下進入３Ｄ世界的感覺。其實３Ｄ ＣＡＤ軟體的操作方法，不管是哪一家公司的產品都是大同小異。所以如果學會AlibreDesign的使用方法，一定也能應用到其他ＣＡＤ軟體上。
正是因為AlibreDesign具有很詳細的教學操作手冊，所以請沒用過ＣＡＤ軟體的人務必挑戰看看。如圖２這樣的造型，筆者大約十分鐘就能畫出來。既然超過五十歲、眼力不太好的老頭都能畫的出來，想必各位讀者一定也都沒有問題吧！
圖２ 筆者使用AlibreDesign所畫出的Ｌ型支架模型
這裡我們選擇的檔案格式是ＳＴＬ。所謂的ＳＴＬ就是「Standard Triangulated Language」，是美國３Ｄ Ｓｙｓｔｅｍ公司開發出來的一種格式。主要使用在３Ｄ印表機上。它是三角面集合體來表現物體的形狀，而且完全不會輸出實體外型的繪圖歷程，算是一種「只輸出形狀」的檔案格式。
這次筆者畫出來的Ｌ型腳架，在給予「L-shape bracket」的檔名後，以ＳＴＬ的格式儲存（輸出）起來。為了後續使用不容易出問題，建議檔名使用英文會比較好。檔案名稱可以另外訂定，但格式請一定要設定為ＳＴＬ。
至於Ｌ型支架的尺寸，可以下載我畫的模型來確認是否正確。
檔案名稱：
對學習３Ｄ ＣＡＤ軟體而言最重要的是總之先動手操作看看。因此請務必照著教學手冊學習３Ｄ ＣＡＤ的思考方式。
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