DesignSpark Mechanical探究（０４） Pull的減肉用法

Look at the Sketch, Select and Pull tools（２）

做完第一個３Ｄ模型後，這篇還要再做一個，將來可以用來構成組合件。操作的程序和前一篇很像，但使用的指令略有差異。從這篇中可以學到另外一種快速選取的方法，以及「無招勝有招」的Pull指令的其他用法。

建模流程基本上還是從２Ｄ長成３Ｄ，然後再加上斜角修飾。

結構模擬分析入門（１３）完 總結八個重點

（１０）題獻給新時代的設計者使用ＣＡＥ之八個重點

筆者在過去的演講或雜誌連載中，經常以「設計者使用ＣＡＥ的八個重點」為題，多次說明結構模擬分析初學者需要的注意事項；不過與設計者或ＣＡＥ相關的環境是日益發生變化，因此這次配合時代的變化，修訂成新版的八個重點。

結構模擬分析入門（１２） 判定結果的順序與要點

（９）模擬結果的表示與解釋是邁向實踐的最終門檻！

本連載也即將進入最後的階段了。如果能夠理解前面談過的各個重點，應該就能夠執行基本的模擬而不會有甚麼大錯了。

不過，這裡還有一到最終門檻。就是「結果的評價與解釋」。

結構模擬分析入門（１１） 設定邊界條件的訣竅

（８）左右模擬結果的「結構」與幾乎同樣重要的「其他要素」

至此為止討論的主題都集中在結構物本身上，這次就想來解說「結構」以外的東西。結構以外的要素其實也會大大左右模擬的結果。為了獲得更高精度的模擬結果，就得知道結構以外的要素也跟結構本身一樣重要。

結構模擬分析入門（１０） 網格對於模擬品質之影響

（７）網格就是ＣＡＥ的性命

有限元素掌握了模擬分析的品質

至此為止，已經說明過基本修養、ＣＡＥ的必要性、成為設計者ＣＡＥ根基的３Ｄ　ＣＡＤ實體模型、以及可以讓設計者ＣＡＥ出人頭地的「線性靜態模擬」與「自然頻率模擬」等內容。

接下來則是無論如何都想寫的重要事項。就是「有限元素」本身。正如「有限元素法」的名稱一樣，只要是利用有限元素法來進行模擬，「元素」就跟性命一樣重要。

結構模擬分析入門（０９） 簡單但重要的模態分析

（６）一步一步理解自然頻率模擬的流程

接在線性靜態模擬之後，這次要一步一步來解說「自然頻率模擬」的相關重點。當然解說的目標還是讓誰都能看的懂自然頻率的模擬計算。

至於在「線性靜態模擬」中已經解說過的部分，在本篇中會大幅省略，對其內容不熟的讀者，請務必回去複習「線性靜態模擬」的重點。

為何需要振動模擬？

最近，日本各地又發生了地震，真可怕啊．．．．。理當不會動的大地一旦動起來，不論是身心上都會給人帶來很大的打擊。所以俗語說「地震、雷、火災、老爹（地震、雷、火事、親父）」，有其道理所在。

結構模擬分析入門（０８） 判讀模擬結果與雲端的威力

設定固定（拘束／限制）條件

在ＣＡＥ的世界中，固定這件事被稱為「拘束／限制條件」。「拘束」這個詞，頗有「拘束人身體」的感覺，讓人覺得有種莫名的恐懼。不過在模擬中，這是指限制「節點的自由度」。

節點在立體空間會有六個自由度。Ｘ、Ｙ、Ｚ方向的直線動作稱為「平移自由度」，而各個旋轉的角度θx、θy、θz稱為「旋轉自由度」。這些平移或旋轉自由度就在描述元件的固定狀態。

結構模擬分析入門（０７） 強大的DesignSpark Mechanical

一步一步理解線性靜態模擬的流程

這篇將以線性靜態模擬為主題，以一個步驟一個步驟的方式來解說，目標是能讓每個人都能理解線性靜態模擬的內容。

需要準備的東西

３Ｄ實體模型

３Ｄ實體模型必須要靠３Ｄ　ＣＡＤ軟體才能繪製。各位讀者通常在公司使用的３Ｄ　ＣＡＤ軟體是高價的版本。因此就必須去尋找堪用但免費的３Ｄ　ＣＡＤ才行。在不久之前要花費幾百萬日圓的ＣＡＤ軟體，現在則是免費（一部分含有條件限制）也能找到不錯的東西，以下列舉出其中的一部分：

Autodesk Fusion 360

DesignSpark Mechanical

FreeCAD

Creo Elements/Direct Modeling Express

Onshape

結構模擬分析入門（０６） 檢查與處理幾何模型的密技

不是「檢圖」而是「檢模型」

大部分的讀者們，恐怕是把用３Ｄ　ＣＡＤ建立好的幾何模型保存在ＰＤＭ（Product Data Management）系統之中吧。

ＰＤＭ系統雖然也能夠儲存進行中的半成品資料，但其主要的目的還是在儲存完成品的資料。尤其是沿用設計的共用產品的資料再利用，是在ＰＤＭ中經常可見的例子。因此，目標是儲存入完成度越高的資料是越好。

結構模擬分析入門（０５） 建立幾何形狀的訣竅

（４）沒有幾何模型就無法進行模擬分析

設計者要實施ＣＡＥ的話，「３Ｄ幾何模型」絕對是不可或缺的。因為能夠做出３Ｄ幾何模型，才能從中生出有限元素法資料，成為踏出「結構模擬」的第一步。因此這一篇要從準備出幾何形狀的建立３Ｄ　ＣＡＤ實體模型談起。

設計者用ＣＡＥ的前提是３Ｄ實體模型

如同第一篇的說明，本連載是把重心放在設計之上，所以就從設計開始談起。

幾乎所有的設計都是從「圖」開始的。將設計靈感的草圖繪製成實際的工程圖，然後再於圖面上記上具體的尺寸，才能將設計具體實現。工程圖面就以「設計製造資訊的共通基礎」而在現場中活躍著。

結構模擬分析入門（０４） 秘笈

［迷你專欄］秘笈

筆者出社會的３７年間，都是從事３Ｄ　ＣＡＤ或是結構模擬分析的工作。這期間和很多在很多製造業現場努力奮鬥的設計者們聊過非常多天。往往為著這些背負著和產品相關的一切責任而孤軍奮鬥的設計者們的生存方式所感動。因此也讓我想更多多聽聽設計者們的心聲、認識設計的關鍵所在。於是就興起了想找一本能夠自學自習的設計專書的念頭。前後尋找的時間長達１５年以上。而這本書的標題如下：

別冊附錄「關於設計的４８章」～實踐設計技術者的要點

這是距今５１年前（譯註：撰文時，現在已經５４年了）的工業類型雜誌的附錄。內容是可以學到教科書中沒有寫到的設計理念或訣竅、以及給設計者使用的實踐設計學。這個雜誌是專門刊登與機械設計相關的最新技術或實務知識的月刊。可以說歷史非常悠久，至少在１９６９年的時間點就已經存在，所以是擁有５１年以上、其實已經超過半世紀的歷史了。從它出現在逐漸消失的雜誌分類中，也能得知這是一部有長期連續收看的雜誌。也就是說這部雜誌在很長一段時間中，持續替日本的製造業提供珍貴的情報。

然而不知道是不是因為別冊附錄的關係，這本書卻很難找得到。甚至也去問過出版社，但是得到了「畢竟已經出版超過五十年以上，當然已經沒有保管的庫存了．．．。雖然國會圖書館有收藏本雜誌，但要連附錄一起保存就．．．．」的回答。

終於，最後還是被我找到了這本附錄。雖然是複印出來版本，但全部的內容都在，完全沒有缺頁。但可能是因為被反覆複印過的關係，上面的印刷字都已經快要磨掉了。所以筆者就一面判讀這些幾乎已經磨掉的印刷字、一面開始重新打字。全書總共７２頁，上面滿滿都是印刷字，份量算是相當多。可以說將製造大國日本的先人設計哲學塞滿其中。

日本正是靠著製造業而獲得國力。今後的日本也只能繼續靠製造業維持國力。因此筆者一面祈求日本的製造業持續發展興盛，一面希望有一天能讓這個「關於設計的４８章」內容重新傳遞給各位讀者。

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相關系列文章：

結構模擬分析入門（０３） 模擬分析的種類

（３）　結構模擬分析也是有很多種．．．

試著思考看看卡勾的變形

單純說一句「結構模擬分析」，其實範圍也非常廣泛。

我們就實際舉一個元件為例來考慮看看。這裡就假設有個用來掛包包或外套的卡勾。這卡勾當然就是會受力（圖１）。

結構模擬分析入門（０２） 先期開發與ＤＸ

設計者ＣＡＥ的現狀

專門給設計者使用的ＣＡＥ其實已經提倡了很長一段時間了。但是設計者使用ＣＡＥ的狀況並不如預期的多。其原因到底為何？

所謂的設計者ＣＡＥ，就是在設計初期階段藉著使用ＣＡＥ來決定設計方向的，並不需要做到太複雜的模擬。因此這些設計者自己需要做的模擬分析內容，是線性靜態模擬或是計算自然頻率這種很簡單的模擬就夠了。

結構模擬分析入門（０１） 緒論

譯自：Monoist

結構模擬分析入門

栗崎彰

（１）基本修養是結構模擬分析的入場券～材料力學與有限元素法的重要性

「結構模擬分析」是讓設計變得更好的重要工具之一，所以很有必要踏出實踐活用結構模擬分析的第一步。但是在開始之前，還是重新論述一下為了理解結構模擬分析上不可或缺的基本修養（材料力學或有限元素法）之重要性；同時也要解說如何正確學會結構模擬分析的思考方式。

雖然是老生常談，但材料力學與有限元素法就是使用結構模擬分析這項工具的基本修養。而且這些基本修養也是確保能正確執行結構模擬分析、正確評價模擬結果的入場券。

非線性結構模擬入門（０７）完 非線性模擬的計算方式

非線性的模擬問題到底是如何求解的？模擬軟體是進行怎樣的計算？

非線性的問題，並不像線性的問題一樣可以靠單純的四則運算來求解。關於這一點，其實已經在連載的第一篇中簡單地說明過一次了。那麼，說到「到底該怎麼求解呢？」，通常可以靠增分解法來一點點逼近最終希望目標的方式來求得結果。這種手法中最具代表性的，就是許多商用模擬軟體都採用的「牛頓－拉福森（Newton-Raphson）法」。

所以這次，就把「牛頓－拉福森（Newton-Raphson）法」（或簡稱牛頓法）拿出來解釋，並且一起看看非線性模擬軟體是怎樣展開計算的。

非線性結構模擬入門（０６） 非線性邊界條件

理解造成邊界條件非線性的接觸與追隨負載

這次要來說明帶給模擬三個「非線性」影響的最後一種：「邊界條件非線性」

邊界條件非線性可能光聽就會覺得很困難了，但想要大概掌握一下概念的話，就是用所謂的「接觸」來理解會比較快（雖然如後所述，邊界條件非線性也不是只有接觸這個項目就是了）。只不過，也許會有「線性模擬中不是也有接觸的邊界條件嗎？」的疑問，所以嚴格來說，邊界條件還是要分成「線性接觸」與「非線性接觸」會比較好。

非線性結構模擬入門（０５） 千變萬化的非線性材料

材料非線性的基礎與認識複雜材料模型的理論

接下來要談談「材料非線性」的部分。這要比前面提到的「幾何非線性」要稍微直覺容易理解才對，但從材料非線性對於「整體非線性的貢獻」來看，這也是非常衝擊性的項目。

到底甚麼是「材料非線性」啊？

在使用有限元素法（FEM：Finite Element Method）的程式來進行模擬之際，一定需要的資料就是「材料物性」，特別是在元件強度設計中經常使用到的線性彈性模擬中，至少要輸入「楊氏係數」與「蒲松比」這兩項物性資料。

非線性結構模擬入門（０４） 各種應變與應力的定義

為何出現大變形大旋轉的模擬問題必須要考慮形狀非線性呢？

那麼為何出現大變形或大旋轉的模擬問題，會有不考慮形狀非線性就出現超脫現實的奇怪結果呢？其實要嚴密說明這個現象，需要非常仔細解釋連續體力學才講得下去，然後大家就會看到滿滿的偏微分方程式並列的狀態，簡直就像是在大學中講課的樣子。以下的說明則只是其中的概要，講解執行非線性模擬時需要的最低限度知識。

非線性結構模擬入門（０３） 大變形與幾何非線性

（３）非線性模擬的流程與幾何非線性

這次就要把主題進展到非線性了。在連載的第一篇中，筆者已經介紹過模擬中出現的非線性，共有「幾何非線性」、「材料非線性」與「邊界條件非線性」三種。這次想從其中的「幾何非線性」開始說起。

在說明之前，想稍微接著前一篇、從程式流程的觀點來確認一下線性模擬與非線性模擬的解法有何不同。

非線性結構模擬入門（０２） 有限元素法計算流程理論

（２）在進入非線性的世界前，先來複習一下線性有限元素法

第二篇想先回來談一下「線性有限元素法」。有許讀者會有明明這是「非線性」的連載，為什麼還跑出來線性的內容？其實這有兩個理由。第一個理由是就算已經實際上跑過模擬，但還是可能對於「有限元素法」的理論背景不清楚。另一個理由是，雖然談的是「非線性模擬」，其實基礎還是建立在「線性模擬」之上；因此在正式說明非線性模擬之前，還是要複習一下縣性的問題，以加深理解的印象。