2015年10月21日 星期三

ANSYS LS-DYNA與LS-DYNA的相同與不同

這也算是另類的FAQ。我們常收到顧客來信問到:到底ANSYS LS-DYNA與LS-DYNA有什麼不同? 我們還是說明一下這來龍去脈。



說明之前先瞭解一下: CAE常見的流程,就如一般耳熟能詳的1.前處理 2.求解核心 3.後處理。

簡單來說:就像炒菜一樣:要
1.準備材料 
2.下煱快炒 
3.盛盤品嚐

所以完整CAE程式一般要有
「1.前處理 2.求解核心 3.後處理」這三大要素
可能寫在一個程式,也可能分開成不同程式。
像LS-DYNA會把這三個用分開的方式,但有些系統想盡辦法合在一起。優缺點以後再提吧~

2015年9月28日 星期一

八月十八潮 壯觀天下無

  • 中秋節還沒過完~~

      每年中秋節就是親友相聚賞月,品嘗月餅、大閘蟹、柚子等美食的好時機。近幾年,在台灣更演變成露營、烤肉的中秋烤肉節。然而,除了親友相聚同歡以外,每年中秋節前後,浙江錢塘江口大潮的神奇景象,自古以來吸引不少遊客前往觀賞這一年一度的自然奇景。  


  • 這句古話不是吹牛的~~ 


   因為杭州灣地形呈現喇叭口形的關係,大量的潮水由於潮汐與洋流的關係,由較寬廣的河口湧入窄小的上游,就容易發生湧浪的情形。世界上共有三大知名湧潮地點: 印度恒河潮,巴西亞馬遜河潮與中國錢塘江潮。一般而言,錢塘潮在農曆每月初一至初三、十五至十八出現,而農曆八月十八的潮水最為壯觀。
<<延伸閱讀>>

2015年9月3日 星期四

從颱風風災來看如何運用LS-DYNA CAE分析來降低災害問題

 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。


此次蘇迪勒颱所造成影響,對我們公司而言可以說是感受很直接,我們公司所在的大樓,原本有一警衛亭,已屹立多年,想不到這次颱風的影響,硬生生地將整個警衛亭翻起。

先討論一下我們可憐的警衛亭,為什麼在這次的風災中遭受到"無情地打擊"~~
大家不妨參考一下鑫威資訊使用LS-DYNA所做的風壓分析:
1.           在前方迎風面(區域1),建築物所受到的風壓是不均勻的。
2.           在前方背風面(區域2),建築物所受到的風壓不但不均勻,還呈現了負壓。
3.           您可以看到LS-DYNA所分析的風場,是呈現動態的擾動,而非一般穩態分析的層流現象。


其實中文是很科學的,在這樣的"摧"枯"拉"朽反覆作用下,而壓力最大處剛好就是屋頂與房屋本體的交界處,要是超過結構強度,屋頂就像是分手的女友,再也回不去囉~~

由於此造型與一般我們所繪製房屋的模型很類似,在相關的法規內都有類似的規範。這當中以 內政部營建署建築物耐風設計規範及解說為產業應用的準則,它詳細的說明了建築物基本形態下,在多種的狀況下,設計師如何快速地概算建築物所受到的風壓,進而設計結構強度。不過由於大多幾個形狀是固定的,對法規而言,為了簡化運算,往往斷面會是均勻的一個靜風壓值,以致在不同用途的建材零件的設計者,常常需要面臨過度設計或是無所適從的狀況。


另外,規範內僅只規範簡單幾何形狀,無法評估特別狀況所面臨的個案情形,例如建築物如下圖:(資料來源:http://www.cdnews.com.tw/upload/201201/17/101794476.JPG)

這時應該如何進行靜風壓計算呢?

LS-DYNA計算流體力學(ICFD)分析會是在建築物設計初期,評估風場最好的解決方案!
相關訊息請觀看我們的線上介紹:


如何有效地找到風能對於結構的影響,看來還需要有許多的研究來發掘,相信LS-DYNA提供了科學及有效率的方式。一方面可以預防災害的發生,減少損失;另一方面可以找到可以發揮風力效的有效方法。

出處:
(註一)風工程概論 朱佳仁著

2015年8月18日 星期二

用品質,不只做為競爭力要素,更是藍海策略重要指標

台灣什麼都可以做;但是就關鍵的元件,被層層障礙擋住。舉例而言,一台筆電什麼都是MIT,就是CPU就得要用INTELINTEL只做那麼幾平方英吋的零件,打遍全世界。並不是台積電做不出來,只是專利都在別人手上。

若台灣要有自己的工業,引擎及馬達這種動力來源是不可或缺關鍵元件。引擎及馬達是動力源的核心技術,凡是能量要轉換成機械能,就非得靠它不可。這種東西被發展了一百年,沒什了不起的專利障礙。台灣製造商都可以做,沒有技術能力的問題。不需要內需市場,因為全世界都需要它。

有這麼好的條件,但台灣真正有這項機械的關鍵元件產業了嗎?未來,要與落後國家,還是量產型國家製造者做紅海削價競爭?還是提昇品質做出品牌價值?個人認為:關鍵就在組裝品質,能否放到全世界與其它人進行比較。

最近,我們完成了引擎汽門運作公差分析。

我想這應該是台灣第一次完成這樣的分析(所以台灣這個產業過去還不能放在全世界做競爭),所以在這裡記錄一下。或許,您想要進行這樣的研究,可以互相討論一下。

說到要畫一顆引擎,應該都做得到;要加工出一個汽門,也沒有什麼太大的問題。不過,要將幾百個零件組合起來,瞭解組裝後的公差。這可是一大工程啊~~但是老天爺不會這麼就輕易放過工程師。如果,動力軸轉動360度,若想瞭解機構末端的汽門作動位移的變異,那麼應該如何設定?


幸好我們有3DCS,可以輕易的達成。先看一下這個影片:

這分析跟一般運動分析軟體做出來的結果有什麼不一樣的地方?

我們量測汽門受凸輪推動在運動方向之位移量,並同時考量因為組裝所造成的公差。這些物理量包含:
1.汽閥中心位置於運動方向的位移值。
2.因公差組裝所造成的上/下限值。
3.系統在凸輪每一度產生一個旋轉,每個角度產生2000組零件,將上述結果組裝後,呈現一個分佈圖。
這樣的分析,就可以讓設計者得知:在每一個角度,汽門因組裝產生的變異。
但結果不僅止如此:我們可由分析中,得到敏感度分析。
敏感度的用意是:我們瞭解其中哪一個零件,或特定尺寸,需要做更動,可以容易得到改善的目標。

另外,在設計階段,就可評估良率,得知設計是否合理,並進行改善。下圖為特定角度的良率分佈圖。

以上改善過程,是在設計皆段達成,都不需要有實際量產及量測的過程,就可以輕鬆達成品質改善的目標。

全世界的品質競爭是嚴酷的。即使是對岸量產型的國家,都可以瞭解到品質提昇的重要性,成立了中國尺寸工程年會,他們將尺寸工程品質當做一回事以全國性組織進行相關品質概念。

台灣設計製造者,您要沈睡到什麼時候?



2015年8月12日 星期三

LS-DYNA計算時Memory的運用

現在的電腦動不動就是8G以上,像我們公司裡頭,除了筆電,動不動就16G"起跳"。上次LSTC的一位資深技術人員來我們公司參訪。拿了一個1500萬個元素的模型來試跑,竟然跑得動~~我們的工作站,實在讓我為之動容~~所以很多使用者可能會一次就下了一個很滿足的記憶體設定--->且慢,先看完一下我們的說明:

LS-DYNA Program Manager計算時,有一個關於記憶體設定的地方:
由於早期的模型不大,設定大多是以bytes為單位,所以,記得您需要100M,記得要打上100m。

但留意一下,由於一般在PC工作站是Share Memory Parallel,並不代表您只要了100m,是4個Core各要了100m。 這個數字也沒有什麼大不了,現在記憶體夠多了,可以多要些。

以我個人的經驗,150萬網格,在正常狀況下,四個core計算,設定800m是很夠用的。(Explicit Method, 使用INTEL Xeon V3, DDR3 RAM的工作站);理論上,若您網格沒有那麼多,設太多也是佔資源。

不過,當您發現使用R7.0.0有以下狀況(Stack Overflow):

建議您可以進行版本更新,新版本對於記憶體配置,有進一步的改善。

版本下載(R7.1.2)

若您是維護的鑫威資訊客人,我們可以為您的模型測試一下。這也是為什麼找我們維護的重要原因之一囉。

對了,若是比較有冒險精神的,我建議可以到R8.0,因為最近冒險後的感覺還不錯,下次再分享。

本篇文章將會持續追踪相關問題,若有問題可以至本公司網站寫信來持續聯絡。我們會保持更新訊息。


LS-DYNA內用於靜態分析的高階四面體元素

四面體元素雖然在前處理很容易生成,但由於先天的數值分析理論影響,在結構分析上一直被CAE使用者認定在剛性上太過硬了,以致於分析位移量會比較小,分析起來不精確 ~~

如果你是LS-DYNA使用者,快忘掉其它系統元素的問題,將這種殘念從您腦袋中移除吧!!

這一篇文章,您一定要看

靜態分析,高階元素一直有優勢存在。 當然,LS-DYNA也提供了不同的元素方法。 MarcABAQUS其它系統有的高階元素LS-DYNA裡頭也是一樣。

從文獻上來說(如下圖),以傳統一階元素來說(TET #4),在反作用力上的確比較大一些,符合一般四面體元素比較"硬"的想法。但換作高階元素,TETRA 10 nodes為例:使用高階元素(TET #16 or #17)比起傳統一階(TET #10)有著顯著良好收斂及精準度。


不過LSTC厲害的地方不只如此;LS-DYNA開發了一階(1 point nodal pressure tetrahedron, TET #13),在靜態分析上有著十分優異的結果。注意一下,是一階的元素,就同樣有好的效果。


因此,若是曾用過其它軟體的使用者,想要依著過去認為較理想的方式,就依照過去的方法進行。若願意使用LS-DYNA所提供的特別一階修正元素,相信也會有相同的效果。

2015年8月6日 星期四

LS-DYNA內的線性元素變成高階元素的方式

線性四面體網格(以下就用tet4)是由四個節點及四個面組成,一直是自動產生網格的最好類型。在數學上可以很容易地就描述它的空間位置,所以被廣泛用於CAE上。但是很不幸地,受限於數值理論的關係,除了在流場及熱傳分析上不受影響,它在的結構分析的表現上不怎麼樣。有興趣的朋友,可以參考(http://www.colorado.edu/engineering/CAS/courses.d/AFEM.d/AFEM.Ch09.d/AFEM.Ch09.pdf)這篇文章,我就不多說了。因此,

萬一模型一開始長出來就是四面體網格,那不是糗呆了嗎?難道要重新長Mesh嗎?

這LSTC早就幫您想好了,幾個方式來解決這個問題。(依照布萊恩的個性,一定寫在後面的方式比較好....)

方法一:用前處理來解決


很多前處理的軟體都可以來解決。不論是ETA/PreSys或是LS-PrePost都可以處理類似的問題。LS-PrePost放的地方較特別,可以參考下圖,是以Shell Element為例,實體就請點選solid
另外,在PreSys也有類似的功能。

一般Tet4的網格格式如下,因為只有四個節點,所以第5個節點後面的數字是相同的:

改成了Tet10,格式就有10個節點了.


方法二:用前處理來解決

第二種方法完全不需要進行任何前處理的動作。

一般keywords會產生*element_shell或是*element_solid

找到keyword後,在後面加上幾個字變成*element_shell_shl4_to_shl8


TetraElement(四面體)則變成*element_solid_tet4totet10




程式計算時自動幫您處理,就不用花時間在前處理之間轉來轉去。這方法不錯吧!


2015年4月16日 星期四

Design Things Right With 3DCS

Design Things Right with 3DCS


在生產上,製造出的每個零件都不完全的相同,每種製程都有公差的問題。都跟設計值略有偏差。3DCS這套軟體可以顯示出這些變異,甚至可以在既有的組裝條件下模擬這些公差或是在單一零件本身的公差範圍內的變異。處理單一零件時,公差的設定不是問題。但是,當涉及到較大型組件,例如:座椅總成,儀表板總成等等,這是重要的關注項目。
一般的分析軟體都有個比較困難的問題是模擬公差在非剛性的零件,例如那些由金屬板、橡膠和塑料所組成的組件公差變異。
SOVAStream of Variation Analysis3DCS的建模和模擬系統中。幾年前,DCS獲得來自美國國家標準與技術研究院(NIST)為SOVA制定的資金;SOVA是預測組裝剛性和柔性份材料變形影響的累積變異的數學系統。這種彈性體的非剛性零件及組件可以由FEA模組合併到3DCS蒙特卡羅模擬的組裝構建。

3DCS顯示出模型組裝變異的影響,可以用來確認是否為穩健的設計,並驗證及測試替代公差或設計的方案。由模型的所有公差,模擬成千上萬的裝配,當它們放在一起並顯示任何一組零件在裝配時,觀察這些零件之間的間隙和變異狀況,以及量測目標和主要貢獻度。透過刪去預測產品品質的試誤法和由不良品來驗證組裝問題的過程,來縮短產品開發的時間,特別是在下游組裝作業效果更為明顯。這使工程師可以將零件公差最大化,同時控制在三維裝配要求中。這使製成的重工、報廢和不良品的減少,以上都是增加製造成本的主要項目。使用者統計模擬生產“虛擬組件”。他們可以清楚地看到,在虛擬裝配下的變化。公差分析需要輸入諸如幾何結構(從實體模型)、組裝(定位策略和組裝順序)、公差(零件和組件)以及尺寸的要求進行分析。經過分析,輸出的項目包括標準偏差、不良率、CpCpk和直方圖,顯示從模擬數據中每個測量的分佈(無論是否超出規格)、設計值、變異範圍的最小/最大變異、規格界限及全體樣本最小/最大的變異。工程師們可以點擊單一的測量看到這些測量中出現的實體模型。規格外的數據會顯示為紅色。3DCS可以識別模型中每個測量貢獻度高的關鍵因素,包括公差變異量和組裝過程所產生的變異。



3DCS還為工程師提供了檢視需求是否符合設計者需求的功能,透過完美的控制量測目標的大小,視覺化顯示量測目標的最大及最小值,進而制訂該產品適當的規格。

另外,3DCS進階分析及優化(AAO)模組,使用一個公式來表示整個裝配模型。該模組主要輸出一個電子表格,可以讓使用者評估怎樣的能力可能會影響在裝配其他測量。變化任何公差即時反饋產生何種變化效果。(耗時的替代方案是重新進行蒙地卡羅模擬)。AAO模組的優化讓使用者設定每個公差修改對應的成本,然後工程師可以決定在一個固定的預算內產生的組件的品質水準。也可以反向應用,給定一組品質目標之後,工程師可以用來確定該零組件公差修改大約會耗費多少成本。

2015年4月13日 星期一

為何需要公差分析

為何需要公差分析?

為何需要公差分析?

最簡短的答案是:所有東西都會變異。



這句話看似理所當然,但其中牽涉到什麼樣的變異可能會發生、變異發生是否是在可以接受的範圍以及設計者原本的設計意圖是什麼?
如果我們可以設計出一種產品,而且他是可以一模一樣的完全的被複製,那我們就不需要公差和規格。任何零件可以使用在任何的組裝,那我們就只需要簡單的幾何尺寸了。

事與願違,這並不會發生。
長、寬、高、粗糙度或是硬度以及任何一個你想的到且可以被量測的目標都是會有些微的變異。在一些情況下,這些變異是可以在預期內,並且不影響到功能的;但在某些情況下,這些變異超出了預期,是不能被接受的,有可能會再組裝上產生影響。假如設計者沒有注意到變異,有可能組裝無法對齊、零組件不相能相互裝配或是使用的性能變很差。

現在大家都在追求6Sigma的設計及製造品質,大家耳熟能詳的DMAIC,尺寸工程就包含了MAI這幾個階段,其中公差分析是尺寸工程重要的一環,以下我們來探討適當的公差分析帶來的效益。

系統功能面

最終產品的性能取決於每個零件運作正常。齒輪咬合和轉動。輸入到系統提供所需的輸出。以車門的安全性為例:既不太能關得太緊,也不能太鬆。公差提供零件中的任的元素在一個範圍的允許值,而不是必須得要依照工程圖上的尺寸製造出來,如果製造端製造出的零件落在規定的公差範圍,幾乎會符合設計者的設計意圖。

製造面

公差的堆疊如果超出預期範圍,會導致零件匹配性不佳進而導致對故障、報廢或重製。當部分匹配性不佳,發生軸孔未對齊或是連接處無發接合或干涉,該產品沒有被正確組裝時,需要修理或報廢。無論哪種方式的不必要的浪費。
生產單一零件,再加上裝配過程的變化,可能會使規格要求需要放寬。同樣設計可能需要嚴格的規格要求,才能達到預期的功能。
公差分析是尋找性能並能夠裝配在系統之間的平衡。這是一種變相的經濟平衡。可能需要花費很多成本才能維持非常嚴格的規格要求,但過高的製造成本、檢驗或報廢件的成本可能隨之而來。要同時考慮客戶對品質的觀感和購買願意,才能同時討論該產品經濟效益平衡。

符合要求的零件成本

有很多種方法形成的零件。從鑄造到沖壓,從模切到手工切割,每個制程都有固有的變異性。當製程是穩定的時,且設備有良好的維護,零件將會維持在製造過程中所固有的可變性。每種類型的製造過程都有精度的限制,精確的方法通常是比較昂貴的。
使用非常嚴格的公差敲要求,可能需要使用該部件的昂貴的製造手法。如果不是零件整體都需要一定的精密度,則公差的可能不需要太嚴格。這可以允許更便宜的零件的製造手法,仍然可以製造出不會影響功能的零件。

不同單位溝通公差的困難

設計團隊需要了解零件圖和零部件採購規格公差。設計工程師通常需要了解供應商能力,才能達到特定的公差要求。供應商希望製造出符合設計要求的零件。每個人都在努力做最好,無論零件如何發生變異,他們都可以共同創造一個優質的產品。
理想的情況下,沒有發生任何變異,並在設計目標值就足夠了。變異增加了設計的複雜性。

理想情況下,設計將落在零件製造變異的範圍內。沒有報廢或浪費材料,零件變異是穩定的和可預測的,並符合設計意圖。設計團隊和供應商之間的溝通必須清晰,完整的設計相關要求和零件的變異資料。雙方都找到溝通的平衡,討論出一個雙方可以接受的經濟與品質的解決方案。

2015年3月23日 星期一

尺寸工程:基準的重要性(1)

尺寸工程:基準的重要性

在尺寸工程中,以目標規範為首要任務,基準的設計為第二重要的關鍵步驟。組裝策略、GD&T(Geometrical Dimensioning and Tolerancing)、量測及檢驗計畫為基準設計不可或缺的項目,如圖1所示:
1.基準設計的定位

以尺寸及公差標準ASMEY14.5-2009的定義,一個基準是:
「理論上存在的一個點、軸、線、面或是由實際基準特徵所模擬出的元素(包括點、軸、線、面)。」
換句話說,基準具有下列幾項特性:
1.    基準面是從中GDT和量測建立的參考基準。
2.    基準面是從實際基準特徵衍生,沒有參照任何點、線或面。
3.    基準面在理論上是準確的。

基準在組裝中

基準用於確保零件是按照預期的組裝。以車門為例,如圖2(A)中,在車門透過絞鏈安裝到車體之前,門的組件會先進行檢驗;其理想的狀況為兩個絞鏈作為基準,使檢驗結果可以直接指出車門的組裝性,如圖2(B)

2(A).一個們的組件

2(B).基準
基準提供設計端和製造或組裝廠商之間的共同點。
第二篇帶你從兩個面向看,為什麼基準很重要?


下一篇:
https://sites.google.com/site/simwareelearning/application-con/tolerance/ji-zhun-de-zhong-yao-xing-2

2015年3月11日 星期三

應該好好運用尺寸工程十個理由

尺寸工程(Dimensional Engineering ,DE)是製程中與公差的測量與控制相關的一門科學。
從設計端一直到生產端產生的公差數據統計分析應用。對於一個可靠的製程,絕對能夠提供這些優勢;如今是一個優化工程所需的必要條件

以下提供你十大理由為何該好好運用尺寸工程:

1.         從關鍵功能的角度,建立明確的設計目標

強化DE識別關鍵的功能。對於一個產品的整體品質,它可以用於建立目標。當一個團隊專注於什麼是重要的特徵或功能,穩健設計隨之而來。

2.         制定實際成本和品質目標

制定成本和品質目標聽起來很容易;但它是一個浪費時間和精力的工作,因為訂出的目標不一定是實際的。一個適當的DE過程將確保訂出的成本與品質是合理的。

3.         跟上自動化製程的程度提高

自動化製程的循環時間,造成檢測站有時間限制,形成了檢測數量或窗口的限制;尺寸工程能減少時間去驗證產品是否滿足公差和尺寸的規格,尺寸工程的過程應該讓團隊跟上提高生產率,同時維持成本和品質目標。

4.         優化物件的公差

一個成功的DE的過程中,需要成功的公差分析。這樣的分析必須預測每個組件的尺寸變異性和定位設計的變異,分析結果通常被用於更好的產品設計和組裝過程。

5.         減少重工或修復零件的時間

在規格沒有驗證前提下,往往導致在製程進行時才發現產生報廢件或重工。一個可靠的DE過程,在開發生命週期中,在早期階段就進行了設計和組裝概念產品的評估。

6.         最大限度的匹配功能

有時製造端面對不良品及匹配功能組裝時的檢驗,然而有些時候零件通過檢查時,卻不與其他零件或組件相互匹配。DE過程可以幫助阻止該情況發生,達到最大限度的匹配。

7.         維持可靠的製造商與供應商之間關係

製造商和供應商可能對於零件是否尺寸正確抱有不同的意見,或者他們可能有設計意圖的不同理解。在DE過程中應提供的數據,說明尺寸精度,可以確保保持良好的溝通。

8.         降低成本

DE中可以從很多方面降低成本。例如:據統計,近70%的產品成本的影響主因發生在開發週期的早期5%到10%的設計階段。如果能夠在早期階段減少錯誤,就能降低大部分的成本。

9.         通過創建一個closed-loop製程,最大限度地利用測量數據

Closed-loop提供實際產品製造的回饋到概念階段,驗證和不斷改善組織結構採用的設計方法。這種方法closed-loop產品生命週期管理循環,確保了產品從開始到結束的整體性。DE的過程應該讓工程師能夠快速找出問題,在生產前期根據需要予以糾正。

10.    減輕組織的壓力

隨著企業的發展,企業的壓力不斷提供更高品質的產品及有競爭力的價格。經由DE過程,以確保實現成本和品質,減少製造端的壓力。