2014年12月18日 星期四

LS-DYNA在流固耦合的應用探討-2

因為是要進行流固耦合,所以我們先談流的部份,流體(泛指液體或氣體)的部份可以簡單區分為可壓縮流及不可壓縮流體,先談不可壓縮流體力學(Incompressible CFD) 。

什麼是不可壓縮流分析呢? 先定義一下什麼是不可壓縮流體,它有以下特質:
1.          流體的密度不會隨時間而變動
2.          溫度不會隨流速改變
3.          較適用於馬赫數(Mach Number)低於0.5( V<370 KPH,KM Per Hours,大約102m/sec)
從這樣的基礎來說,很多生活上的問題,都可以由不可壓縮流分析來進行。
例如,
l   海洋表面流速:M<0.003
l   一般管流流速:M<0.03
l   高速公路行駛的車輛:M<0.12
l   風力發電機附近的流速:M<0.18
l   法國高鐵TGV的行駛速度:M<0.27
這樣認知,應該就可以瞭解不可壓縮流使用的範圍很廣泛。

上述說明很難認知瞭解的話,就先看一下這張圖,在學術界很有名的實驗,叫做Ahmed Bluff Body。這形狀好像不容易瞭解它在做什麼;一般人看了就會覺得這好像沒什麼作用。金剛經云:見諸相非相,即見如來。這要瞭解的確有困難。


它用來研究流體經過一物體之後的紊流現象及相關阻力計算。
看一下它可以應用的範圍,若設計好了一台車,怎麼瞭解它在行進中遇到的風阻力呢?就用ICFD運算即可。
還是感覺不出來嗎?放心,你絕對是正常人,再看一下這張照片:

原貌如下:

這台車很可愛,很可惜台灣沒在賣,看一下維基百科如是說:http://en.wikipedia.org/wiki/Honda_Element

動的車都可以跑,連動都不會動的建築物可不可以做呢?若說不行實在很難讓我信服...

且聽下回分再分解。




2014年12月17日 星期三

LS-DYNA在流固耦合的應用探討-1

風工程(Wind Engineering)乃指一切與風相關的工程問題,是一門結合大氣科學與工程科學兩者的學問(註一)。特別是台灣身處夏季受颱風影響的區域,冬季則受東北季風的吹襲,對於風力所造成的破壞更需留意。從另一個解度來看,台灣是風力能源豐富的地區,若能充分利用風能,可以帶來更多的效益。
        從建築設計角度而言,大部份設計師依[建築物耐風設計規範及解說]進行建築物抗風系統設計風力、最高居室樓層振動加速度及表面披覆物設計風壓之參考,特殊建築物亦可進行風洞實驗,來推算相關設計風力及風壓。但是,建築物的形狀設計多變化,可能超過[建築物耐風設計規範及解說]所涵蓋的範圍,使用風洞實驗時間較長,設計變更時又需要再進行實驗,不僅時間上不經濟,所花費的成本亦不低。
        特別是內政部營建署於103612日修正發布建築物耐風設計規範及解說,自10411日施行,以強化建築物之耐風設計。對於開放式建築物之斜屋頂局部構材及外部被覆物增加設計風壓之計算式,雖說提供了查表的公式,但從表中來看,似乎可以選擇的項目不多,難道就得屈就法規限制了設計的創意嗎?
以上圖來說,難道以後的涼亭只能力一種形式了嗎?那麼像宜蘭市果菜市場(註二)那麼精采的建築,就得在台灣的地表消失了嗎?      
 
有沒有方法可以解決這樣的問題呢?大部份的建築師及土木技師會以法規的計算為依據,原因不外乎安全及法律責任問題,這是一定要遵守的準則。不過在設計階段,如何進行設計的評估,以減少進入法規程序之後的冗長流程,以更精確及有效率的方法來讓創意建築來發揮其經濟效益,不妨看看機械業已使用的概念及方法計算流體力學。
        接下來我們會使用LS-DYNA做為說明,過去我們都以為LS-DYNA僅用在車輛工程的碰撞應用,自從發展多物理耦合分析後,便由結構非線性分析,延伸至其它領域的應用,包含流體力學與結構力學的耦合,接下來的幾次文章,便會以此為出發點。
        不妨先瞭解一下LS-DYNA在流固耦合的應用,先看一下這個影片:
這段影片說明了利用LS-DYNA進行風力發電機扇葉結構分析的結果。在一個軟體及環境下,直接進行流體與固體的耦合分析。一般的系統,可能使用者要有一套CFD系統,一套動力分析系統,且這兩個系統還可能是不同的系統,有不同的格式。

LS-DYNA將兩者結合在一起,在一個程式就可以達成。怎麼辦到的,且聽下回分解。

出處:
(註一)風工程概論 朱佳仁著
(註二) 圖形擷自於http://yilan-local-life-news.org.tw/joinus_3/eq-detail.php?idNo=100


2014年9月20日 星期六

耐摔的手機,是機械結構設計大挑戰!

    最近youtube最多人觀看的影片,莫過於澳大利亞第一個買到iphone 6的果粉,也同時進行做全世界第一個進行手機掉落實境秀的人--不要騙我,新手機要是摔到,對任何人來說,心都是很痛的~~
 
在心痛之餘,這個影片給設計師幾個警示:
1.不要以為你東西設計好看就好,要是一下就摔爛了,這可是很"跌股"的(找一下很久以前的國文課本: 跌股,丟臉出醜的意思...);還好,沒事~~
2.對包裝設計師我有話要說:不要以為盒子包起來好看就好,是不是該要開始留意一下盒子的結構與公差設計?...嗯..我知道你們不太瞭解這個東西,因為以前我告訴你們時,你們都說那是供應商的事,你們從不注意它很久了。至於供應商你就不要期望太大:只要你不當一回事,那就不是供應商的事。
3.看一下SonyErison,ASUS,技嘉的手機都有這種設計:在盒子打開的那一面,都有一層Sponge.除了可以防包材在運送時衝擊及壓到,也可以防止這種狀況發生。一片只有幾塊台幣,沒有它真的有省到嗎?阿蘋哥,若包裝真的像影片這樣,我個人只能說你們的設計省過頭了。
4.可以理解設計師拿掉那層保護是希望客人一打開就看到手機的快感;但有沒有人想過掉下去的痛感,可能把使用的快樂都扺消了呢?(搞不好是期望愈痛愈快樂...呵...)
  • 當您把問題當做一回事,這個就不會是問題。
個人因工作關係,由2000年起使用LS-DYNA進行手機,伺服器與tablet產品掉落分析。當時很多ODM廠商常不以為然,手機做好就拿去摔一下,為什麼要進行電腦輔助分析?
LS-DYNA在美國就是用來做汽車碰撞時乘員保護用。手機內部空間很少,沒有空間可以如汽車設計常用到的潰縮區,只有結構應力設計的巧妙安排。不用CAE分析來看,難道設計師都有火眼金睛看得到應力嗎? 所以過去花了好大的力氣來說服這些長官,用正確的工具來解決問題。
十幾年以後回頭看,目前台灣部份手機廠也做了這樣的研究分析。像現在前處理程式PreSys DTM(Drop Test Module)都可以很快速地幫設計師完成設定。
  • 看一下古代的手機。

  • 下一張就是應力的分佈狀況,看到這張圖,設計師就可以瞭解到底結構強度夠不夠。



幸好影片中沒有看到手機摔壞,但我也不意外,阿蘋哥有要求廠商設計時要進行這類的分析。因為阿蘋哥有做過研究,這些就不會是問題。

不過,這個盒子的公差做的那麼"剛好"。一點縫都沒有,手機又那麼輕,大概是被開啟時的真空吸出來的吧?傑克,這真的是太神奇了~~我猜,阿蘋哥沒有要求廠商設計時去瞭解發生的可能性。

沒關係,塞翁失馬,焉知非福。阿蘋哥,LS-DYNA可以做一下這個真空分析(但很花計算時間的...);但這不是重點,因為你們的機構設計師很關注結構強度,相信會讓手機很平安地掉下來。

重點是:做包材設計的...不要再說公差不重要,那是供應商及機構設計的事,你不把他當一回事,顧客就不會把你當一回事。只要容差設計略做調整,再配合氣隙;這問題應很容易解決。至少我們用3DCS就可以容易地瞭解如何調整尺寸公差。

  • 魔鬼永遠藏在細節中

我們很把它當一回事地檢視水果的品牌價值,但是這個品牌價值能否持續,就得看他們自己當不當一回事注重每個細節。

這個影片,在我們做機構設計來看,它證明了阿蘋哥機構設計的功力,也曝露了對包裝只著重外表而不注重功能的現象。

最後,向大家報告上週參加3DCS亞太會議所看到的報告,LG已經將掉落分析及容差設計進行整合,也有初步的成果,值得借鏡。看一下左下角:他們已研究Correlation Tolerance analysis with FEM Analysis Result。

很神奇的是:LG現在把技術能力當廣告,看來觀念也改變了。

鑫威資訊參加2014年DCS亞太地區使用者年會

    鑫威資訊於2014年起成為美國DCS(Dimension Control System)台灣地區銷售伙伴,並受邀參加2014年9月16日起一連舉行4日之3DCS亞太地區使用者年會。(http://www.dcs-conference.com/)

Simware was invited by DCS Asian Users Conference

活動首先由訓練課程進行序曲,第一天由ETA陳勇先生進行3DCS Analyst課程培訓,第二天由DCS資深技術經理Gerhard Bell進行進階分析課程。Gerhard Bell為現任美國DCS公司(Dimensional Control Systems Inc.)尺寸應用工程專家,主要從事GD&T尺寸公差分析研究和3DCS軟體的應用開發。Gerhard具備數十年的相關工程應用經驗並一直為波音、空客、寶馬、通用、梅賽德斯、克萊斯勒、洛克希勒馬丁等知名公司提供技術支援服務,同時為本公司創辦人亦師亦友之重要伙伴。鑫威資訊亦派技術人員進行全程技術交流及討論。

    會議由DCS副總裁Donald Francis Jasurda展開序幕,本公司受邀與DCS副總裁及ETA中國地區總裁一同並列於第一排參與全程會議。

  現場撥出由本公司技術團隊利用3DCS Mechancial Modeler所製作之"躍馬中原"模型,預祝大會活動馬到成功!!

上圖為本公司技術同仁運用Mechanical Modeler所製作之3DCS示意圖
本圖為本公司創辨人與DCS副總裁之合影

本次活動重要內容,本公司將持續以特稿形式說明,讓台灣有興趣的使用者,瞭解到目前全世界的使用者如何進行Design for 6 sigma的概念,並將穩健設計成為未來機構設計主流觀念。

2014年8月28日 星期四

LS-DYNA Linux極速體驗

參加2012美國LS-DYNA美國使用者研討會時,有位演講者現場做了現場使用作業系統的調查,出乎我意料之外地,使用Linux作業系統進行LS-DYNA分析的使用者,超過七成以上。

我請教了三個美國朋友,發現有幾項好處:

  1. LS-DYNA在Linux計算速度很快。
  2. 美國在一家公司內使用的Cores數很多,若每個平台都買Windows,可能也是一筆費用。Linux有很多免費資源。
  3. LS-DYNA在Linux的計算功能很多。
  4. 在Linux有較大的擴充性。


回台灣後,決定問前一個公司的資訊管理及技術支援同仁,大家聳聳肩,不約而同的說:這個東西很難搞啊~~

很久沒有用Linux系統;還好,鑫威資訊內總是有專家,我將整個市場需求做一個說明,告訴同仁我們為顧客設計使用方針及方法。專家同然是不同,很淡定的回答:"嗯,你要的東西很難搞,所以我可以搞定它。"

沒多久,鑫威資訊產生了一項專為LS-DYNA設計的Linux嵌入式整合系統,它可以:

  1. 享有Windows作業系統進行前後處理操作的便利性。
  2. 毋需改變使用者操作習慣。
  3. 利用Linux的計算效能。
  4. 享有Linux的擴充性。

Windows很好用,不用多說,但Linux有多快,您可能不知道。

看一下它的效能如何:

看加速比不容易有感覺,若一個大案子,本來一天只能跑一個案子,一下子多了4 Cores,早上就可以先看到一個結果,再繼續修正跑下去。
但Windows轉成Linux,還可以提前下班。

這些都是加速的好處。

最主要的是:有些LS-DYNA特別的功能,在Linux才有。

Windows與Linux之爭,遇到了LS-DYNA總算和解,鑫威資訊就是其中最佳的媒介。

本圖為Winux OS project的圖示,真的有這樣的作業系統喲!


2014年8月27日 星期三

免費LS-PrePost所帶來的蝴蝶效應-2

網路上免費的軟體,旁邊一定就是顯示了廣告。

LS-PrePost沒有廣告,安裝不需要註冊,從網路下載後,安裝,就可以開始使用。

但是CAE畢竟還是一項有點專業性的系統,還是需要有人帶著學習。

要靠學界來進行教學?我想學界教授要忙著做研究,找計劃,因應評鑑。還願意花時間進行這種如苦行僧的教育基本功,可遇不可得。

一個沒有廣告,沒有收益的系統,每年持續更新,這簡直是軟體業的天方夜譚—LSTC(LS-DYNA及LS-PrePost發展公司便是這行中的領導者)便是特立獨行的系統開發者。

LSTC與鑫威資訊願意共同開啟這個蝴蝶效應的起始者,因為我們有相同的理念及意志力,來達成這樣的目標。

但如何行動?

我們並不是在全世界LS-PrePost的使用族群中,第一個參與行動的人員或群體,但我們是第一個將多媒體的學習,放在網路世界中。

我們建立了LS-PrePost E-Learning 平台:http://www.simware.url.tw/

 鑫威資訊學習平台


您只要在右上角,以訪客的身分登入,您可以看到關於LS-PrePost所有相關的資訊及教學。

這只是蝴蝶效應的起點,鑫威資訊會持續努力進行。





2014年8月26日 星期二

免費LS-PrePost所帶來的蝴蝶效應-1

維基百科如是說:

蝴蝶效應是指在一個動力系統中,初始條件下微小的變化能帶動整個系統的長期的巨大的連鎖反應,是一種混沌的現象。


(本圖是日本Lancemore利用LS-DYNA的ICFD不可壓縮流計算核心,計算流體經過一圓柱體,初始為一穩態流場,因受流速變化擾動,最終而產生的紊流狀態)

以下似乎是工學院中複雜的難題之一:

  在一場工業研討會中,遇到了一個很"冏"的狀況:業者向著名機械系教授在抱怨:素質好又堪用的學生很少。不少學界也反映:業界給的薪資好低,業者及政府給予的資源好少....;學生在反映:我們都學不到東西,找不到工作...

  個人的拙見是:資源的不均等造成這些供需上的失衡。

  以電腦輔助分析為例,這是教學上的重要資源,也是呈現人才素質的基礎及重要指標之一。既泛用又實用,成本又低。廣為在國外學校研究及教學所使用。
 但是,實務的狀況是:大部份的CAE程式都要收費,舉一個之前曾經銷售過的系統:H*W*光是前後處理,商業售價在台灣可能都需要台幣百萬以上,像是Ab*或An*分析系統,在教育界售價也是台幣數十萬。對於教育單位,我想這可說是貴族般的享受--就是少數人能使用。
少數人能使用,發揮功能就有限;業界抱怨找不到堪用的人才....就開始一連串的負面循環。

  學習需要成本;很不幸地,對系統開發者及銷售軟體者而言,也都需要人事成本。產業需要好的人才,造就獲利,以創造好的就業環境。怎麼達成一個平衡點,需要有人在重要時間點,放下一個"正向"的蝴蝶效應。

 七月末,一個酷暑的週末,LSTC在LS-PrePost的首席發展者Philip Ho來台灣,告訴了我LSTC創辦人John. O. Hallquist在當初發展LS-DYNA過程中,對於LS-PrePost的期望。

  LS-PrePost是LS-DYNA的前後處理程式。但它卻是免費。

  LS-PrePost是免費的,代表我們(軟體的開發及銷售者)無法由此獲利。但長遠來看,顧客受益,同時全部的體係都可以受益。個人很認同LSTC的想法,即使在創業初期,我決定還是做一些能帶來正向"蝴蝶效應"的事。

  雖然是免費,但是功能一點也不簡單。關於功能上的介紹,可以參考以下網址:http://www.simware.com.tw/ls-dyna/ls-prepost/

它的免費沒有針對性,不過特別是學校教育單位,有幾項好處:
  1. 學習機會平等
    • 費用高的系統,頂多購買1~2套,怎麼可能讓學生都用得到?學費也都繳了,怎麼資源卻那麼少?現在不用麻煩了,LS-PrePost是免費的。
    • 鑫威資訊的資源就公開在那裡,無論學界教育都一樣。
  2. 鼓勵使用合法軟體
    • 其實很多學校的學生也都很努力,所以還要冒風險使用非法軟體。若學校要進行教學,一套怎麼夠?學校那麼多套怎麼負擔的起?所以很多學生也只好挺而走險囉。
    • 學習不用那麼累,都繳了那麼多學費,還要冒風險,LS-DYNA提供免費的前後處理程式,讓學習無負擔。
  3. 節省費用
    • 就算是使用其它CAE分析軟體,就算是教育版本,價格也是動輒數十萬,LS-DYNA特別將很貴的前後處理這部份費用,幫學校省下。
    • LS-DYNA只有計算求解核心資源是付費的,可以由學校負擔,系統開發者及鑫威資訊亦提供一個合理的方式。它是一個浮動式計算資源,Cores數愈多,單價就會愈便宜。
鑫威資訊會如何做?接下來我們會發表於本公司的Blog及學習平台上,下一篇文章將說明。