４．終於到了材料力學出場的時候。當ＣＡＥ與材料力學相遇之時！
終於要下去進行模擬了。只要按下「＝」指令按鍵，就會開始進行模擬了。
圖１３ 開始執行模擬程序與出現的錯誤訊息
LISA還有檢查有限元素模型的功能。
圖１４ 有限元素模型之檢查與確認
從上圖會看到有很多錯誤訊息跑出來。仔細一看錯誤訊息的內容，說的是「有限元素沒有材料ＩＤ」。
說起來，從我們將有限元素模型讀入LISA之後，的確完全沒有做過與材料有關的設定。如果不知道材料是甚麼，當然是不可能進行模擬的。
於是重新整理心情，回頭來指定材料。
由於所有的元素都要指定材料，所以先要選取全部的元素。於是在可以看到模型全體的狀態下，用滑鼠對角劃出矩形的方式，將所有的有限元素框選起來。當然節點也會一起選擇起來，這沒有甚麼關係。
然後在「Element」選單下，選擇「Properties…」。
圖１５ 選擇Properties
於是這裡選中了此模型中包含的５２８個二階四面體，按下「OK」按鈕後，就會跳出定義材料的對話視窗。現在是一片空白的狀態。在這個對話視窗中會給選中的元素只應的材料ＩＤ。不過現在不管是材料ＩＤ或是材料本身甚麼的，通通都是沒有的狀態；因此這裡要點選「Material」按鈕，就會出一個填寫材料ＩＤ與材料常數的表。當然目前這個表也是一片空白。
那麼就來輸入材料的資料吧！
這裡應該要打開「Mechanical」這個頁面。由於LISA也能跑流體與電磁模擬，所以有配合各種分析模擬類型的材料常數輸入頁面。至於「Mechanical」頁面則是給「結構分析模擬」支用。
對於線性靜態應力應變模擬而言，需要的材料常數只有兩個。一個是楊氏係數、另一個則是蒲松比（Poisson's Ratio）。如果不知道這兩個常數是甚麼的讀者，就請回去讀一下對這份工作一定有幫助的材料力學了。
所以接下來要在「Young's modulus」欄位中輸入楊氏係數「206000000」；再於「Poisson's ratio」欄位中輸入蒲松比「0.3」。這樣就完成「1」號材料ＩＤ的輸入了。
然後直接按下「Close」，５２８個有限元素都會被指定成材料ＩＤ「1」號了。
圖１６ 輸入材料常數與指定到有限元素上
然後重新檢查一次有無錯誤。
圖１７ 重新檢查有限元素模型，這次沒有錯誤！
模型檢查過關之後，再來就是正式下去跑模擬了。
這次既然模型沒有問題，看起來就跑得很順利（圖１８）。相對於出問題時表示模擬狀態的視窗都是滿江紅，這次的狀態視窗則是鮮明光亮的綠色，讓人印象深刻。而且這次還顯現了「Post Processor」的按鈕。當有錯誤的時候，這個按鈕是灰階無法按下的樣子。
圖１８ 再次模擬、沒有錯誤順利跑完！
終於，這個模擬也到了最後了！
接著按下「Post Processor」，來顯示模擬的結果。預設的模擬結果圖應該會是變形量的分佈圖。也可以播放變形的模擬動畫影片。順帶一提，底下這個圖則是在變形圖上畫上等效應力的分佈圖。
圖１９ 顯示模擬結果
順帶一提要讓後處理器繪圖的訣竅是分出「要顯現甚麼」與「該怎麼顯現」的感覺。好比說，要把節點的變形用向量來表示？還是畫成分佈圖？要顯現出來的資料與顯現的方法有百百種，該怎麼選擇？有機會再來詳細解說。
到這裡總算是僅靠著免費軟體，就把具有實際形狀的元件跑出有限元素法的模擬結果，還是先跟大家說聲辛苦了。
讓大家動手實作、完成了整個模擬，而這個模擬過程中包含了很重要的點，好比說該怎麼樣設定負載條件、拘束條件等等，請務必記住。
負載條件就是要把節點的六個自由度都設定要受到外力。
拘束條件就是要把節點的六個自由度都設定要變形量為零。
這可是極端重要的事情。因為LISA是非常基礎性的模擬求解器，所以特別容易浮現出有限元素法的模擬本質。
相對地，市售的分析模擬軟體，幾乎都沒有這種直接在節點上施加負載、加入拘束條件的版本。甚至也不給你看到節點與元素的樣子。在完成３Ｄ ＣＡＤ的實體模型後，就要給予模擬模型負載與拘束條件。不管在軟體中甚麼漂亮的形式設定邊界條件，其實最後都還是會換成在節點上設定負載與拘束條件。
我想這次使用LISA來實習這個模擬的過程，就能讓大家體會到這些重要的設定。
另外，底下這個連結可以下載筆者所建立的模擬模型，請大家參考。
https://monoist.itmedia.co.jp/mn/files/20100723/L-shapebracket.LIML
＝＝＝
沒有留言:
張貼留言