2018年10月29日 星期一

使用3DCS進行風扇偏心量評估及改善


風扇設計是電腦產品經常使用的元件。一個有強制對流的散熱的產品,必然有風扇,有風扇有時就伴隨振動及噪音問題。
我們由2個地方來著手來解決這個問題:第一個是振源,第二個是結構。結構不在今天討論的範圍,我們就來直接解決振源。

  • 組裝後的偏心量是振動發生的主要原因


振源的問題亦來自2個地方,第一個來自振源的結構產生的共振(這個問題就用LS-DYNA來分析,不在今天討論的範圍),第二個就是振源的偏心量。
大部份的振動來自於簡諧振動,簡諧振動在旋轉機械大部份來自於產品的組裝偏心。偏心量愈大,振動就愈大。這是一個"頭痛醫腳"但是卻很有效的方法。

各位要明瞭一個事實:每個量產產品,都有尺寸誤差的問題,當所有產品組裝起來,中間偏心的問題就出來,大家都說自己的產品很精密,但精密到什麼程度又說不出來。

這問題很簡單,用3DCS就可以找到答案。因為,這個偏心量不是供應商造成,是設計者造成的。以上面的案例,我們要瞭解在設計階段,瞭解這個風扇的偏心量,是有很大的挑戰的…..
  • 第一步:確認每一個零件設計公差.


首先,要先明瞭您自己設計的公差允許量,我們假設,只有進設計者的公差設計範圍,才能進入製造程序,並且,模具廠提供的成品,就是符合您的設計標準。
現在設計者最大的挑戰是:您怎麼知道您的公差設計是對的?您標了正負0.1mm,模具廠照著您的方式做,為什麼組起來還是有問題?
我相信大部份的設計者都不知道這個答案,都是等到拿到東西,組組看,才知道有沒有問題;產量少時(T1/T2)時還看不出來,有時要等到量產時出問題時才知道。
我們的第一個任務,就是要確認您每一個定義的公差都是對的,但還要經過以下步驟。

  • 第二步:確認組裝的順序與流程
很多人問我們,組裝的順序與流程會不會影響到公差分析的結果?為什麼自己做的公差分析看不到?
答案很簡單:(1)當然會(2)因為您用的方法不夠好.
一般現在大家想到公差分析就想到EXCEL,從網路到工研院開的課就是用EXCEL做出的。這並不是不對,它就是一個一維度的公差堆疊分析。當我們產品設計變異是2個維度以上,至少就產生2個方向變異;很多變異發生的先後順序不一樣,束制條件不一樣,就會產生不同的結果。
這個講起來不一定每一個人都能瞭解,您使用3DCS後就很容易看到結果,有一些設計的確會造成公差累積的差異。

(以下待續)
  • 第三步:進行組裝變異分析
  • 第四步:問題確認及要因分析





2018年10月2日 星期二

乘長風破萬里浪-看LS-DYNA在船舶設計應用-1


    LS-DYNA2010年後,就新增了許多關於可壓縮流(CESE)及不可壓縮流(ICFD)的功能。這功能並不是單獨存在的,而是可以與結構進行耦合。簡單來說,您手上的CFD系統只能做流場分析,或是要另外加掛其它系統做結構分析,建議您可以考慮棄暗投明了~~這樣的功能可以用在很多不同的領域上。今天先由船舶工業說起。但應用很廣,所以分集播出.....

      對於船舶業來說,全世界早已是很多單位在用LS-DYNA,問題是大家都很低調。

有一篇文章值得推薦,它把LS-DYNA可以用在船舶工業的大方向,都做了一個簡單概要的介紹:
https://www.dynalook.com/european-conf-2003/ls-dyna-applications-in-shipbuilding.pdf

l   船體碰撞
海事糾紛其中一個損失較大的就是水面碰撞。這篇文章主要針對船體-潛艦的碰撞及船對船碰撞做說明。
他們呈現的模型都很簡單,最主要是拿來做說明,我猜測沒有一家潛艦設計公司會把細部設計都呈現出來。不過,這裡可以略知其研究概要:以此圖為例:在水深10.6,12節船速,研究船艏碰撞潛艦時可能發生的損害。





至於船體對船體,則是研究的家常便飯。這篇文章內也呈現了研究結果。結果很準吧....不要再問了~~



l   水下爆破(Underwater Shock Analysis, USA)
在船舶工業中,台灣目前最缺乏的研究技術主題應該是在水下爆破,若對這個主題有興趣,建議您可以看一下這篇維吉尼亞理工學院暨州立大學,依維基百科說,這個學校的科研費用高達5.13億美金.是美金.是全學的科研費,真是嚇死寶寶了~~~
照下圖這個研究,的確口袋不夠深,要做也很難;但用模擬,應該就可以省下不少錢。

我不知道台灣要造獵雷艦,潛水艇,軍艦,應該是真的~這買設計應不是難事。但自己要設計,一定會遇到各式各樣的挑戰。若要減少這樣的研究風險,使用LS-DYNA進行相關分析可以減少很多開發風險。

2018年9月25日 星期二

風動?幡動?仁者心動?都不是啦,是流固耦合!


  • 從youtube認識流體力學現象

氣彈(AeroElastic)現象所引起的振顫(Flutter),是一個很經常看到的自然現象;這個問題很出名,例如流體(無論是空氣還是液體)經過一個圓柱,由於流體壓差及多種變化因素,產生分離現象,造成許多渦流。以前在教科書只能用談論及一堆數值推導,現在看youtube比較容易想像得到。現在學生真是幸福啊~~

還沒講完~~這種現象對於剛體也沒有問題,但是對於撓性體問題就多了,現實生活就是所有物體都會變形啊~~,因為隨著空氣的振盪,同時引起結構體的振動,風吹過旗子,旗子飄動就是這種很有趣的現象。
結構體受外力也不是什麼太大的問題,結構不就是拿來受力嗎?但結構最怕就是2:過大的力量及共振的力量。若這個外力(風力)振動的頻率,等同於結構體振動的頻率,那就挫屎了~~
l   土木工程上的挑戰
最經典的教材就是塔科馬海峽吊橋,影片就是這樣子:

在土木工程當中,成立了風工程這樣的學門,並且我們國家營建訂定了相關的法規,就是在解決這樣的問題。(建築物耐風設計規範及解說),留意一下,這是一個設計規範,它只解決了一小部份基礎型態的風壓設計,及依地制宜的參數,強迫工程師去思考這樣問題的解決方法,並沒有解決工程上的問題。
l   機械工程的問題
交通工程上這問題真的是不小,不妨先看看NASA做過的經典研究:

飛機在飛行中造成控制翼面的振顫,輕則造成不易控制,重則造成機毀人亡。飛機研發的過程中,一定會有許多的問題需要解決,IDF設計研發的過程中,就發生了伍克振上校為了進行更多研究搜集及保存戰機,犧牲了一位伍克振上校。個人希望各位看倌好好地看一下伍將軍的故事,瞭解開發戰機的風險,還有多少人的默默投入,為的是保有國防能力的自製性。

以上兩個現像只是為了讓大家知道,Flutter造成的問題是很大的。所有風力所造成的災害,可能不是只有風大的問題,Flutter造成的振動進而發生疲勞破壞,會是工程設計人員重大挑戰。

l   禪宗的故事來看Flutter的問題
有一次六祖惠能法師在廣州聽法,現場旗幡票說法印宗法師問:是風動?還是幡動?現場聞法者熱烈討論。六祖惠能法師說了一個很有名的公案:不是風動,不是幡動,仁者心動。
CAE來說:風動的問題交給CFD,幡動的問題交由FEA/Structure.但是仁者心動的問題,就交給流固耦合吧~~
FSI(Fluid and Structure Interaction)在模擬上可說是傷透腦筋的分析課題。術業有專攻,一般CFD的軟體要寫到結構大變型,或是結構分析的人要寫到CFD,這都是很多人窮盡一生在研究的問題,兩者要耦合,在交界及資料的處理,就是一項挑戰。過去我們在做這個問題,時常要做兩個軟體資料交換及運算;現在,LS-DYNA在一個軟體界面輕易解決這個問題。
看一下我們自己做的分析,記得留意垂直尾翼的振顫現象喔.....


2018年9月20日 星期四

使用LS-DYNA建立材料模型時的觀念

我們收到顧客問到一個經常問到的類似問題:"LS-DYNA手冊裡 是否有關於鋁的機械性質探討及24號材料卡的範例"
LS-DYNA裡有許多材料模型,如:mat_003,mat_018,mat_024都可模擬金屬的行為。因此您需要知道的是每一種材料"模型"的含意。例如,我們在以下影片裡都有說明材料模型裡參數,及填寫的方法。記得要訂閱我們的頻道喔......(或是直接點選以下的連結,就到相關的秒數)
https://youtu.be/tPyeFysn0VM…


接下來,您就要找到資料或實驗,來填入相關的數值。

2018年8月15日 星期三

不只是CAE而已,而是創造價值的利器


產品研發,是不論東西大小,而是在於找到答案的精神。
我今天收到一個客戶line給我感謝訊息,沒想到,CAE不只是研發工具,而是市場行銷的利器!!在這裡分享一下:
高爾夫球tee,是一項微不足道的小東西。在球場,打一場球送您幾枝,很多人想:幹麼做研發?但魔鬼就藏在細節中。

2018年8月3日 星期五

It’s Better Than Nothing...

沒有答案怎麼辦?

在這次的2018 LS-DYNA全球使用者研討會中,有幾個不錯的分析概念被拿出來探討:例如鈑金成型應變硬化強度,對於結果的影響如何?這問題被探討好多年,不同快速方法被提出,但總有人提出:相同形狀零件可能因不同模具及工法不同,應變硬化結果也不同,這樣子分析一定不準、不對。沒錯,您的論述及懐疑沒什麼問題,並且您可能就此打住不再研究這樣的問題。但我在不同場合聽到德國及美國不同地方的LS-DYNA使用者一個神回覆:

2018年8月2日 星期四

最簡單的東西,往往最不簡單~


話說回到大學上工程數學,振動學時,老師一定會要我們推導出"特徵值”,然後告訴我們很重要。我那時的腦袋一直在轉:老師,您寫的是數學式,我畢業後看到的可能是一台車,一台伺服器,一台電風扇......裡面有個振源.....那~~那~~這個算式跟這些東西什麼關聯?

知其然,亦知其所以然~~才是CAE王道!

認識我們的人就知道我們常說一個笑話:
  • 做設計的不相信分析;做分析的不相信實驗;做實驗的不相信自己~~
但這不是笑話,是反映了工作實情;這笑話怎麼來的?很簡單的場景:有一天設計收到客訴,就是電腦上的風扇轉速到特定區域,系統有異常的抖動;這時設計部們告訴分析部們,請您分析一下這個問題。分析部們給了一個報告,突然看到與他發現的現象不一樣…心裡想:啊…這個CAE做不準啦,測試做出來就對了,就是實際結果.....跑去找做測試部們看看能否解決;測試部們說我只會做實驗啦…不然我再多試幾次。好了,測了幾次都不一樣~~挫塞了,這到底要怎麼解決?好吧,做每次都一樣,那又如何解決?
  • 我們做機械或模具設計的,一定要"目光如豆"

2018年3月30日 星期五

選購CPU,「核心數」重要還是「時脈」重要?



以我們LS-DYNA而言時脈決定計算處理頻率,頻率愈快,速度也相對快;
換句話說,時脈高處理速度快,多核心處理的事情多~~

1:甲(時脈3G)解一數學程式,如果需要10分鐘,乙(2.66G)12分鐘。
2:甲(時脈3G雙核)解一數學程式,如果需要10分鐘但有4題,甲需花費20分鐘才能處理完;
(時脈2.66G 4)解一數學程式如果需要12分鐘,但它能同時處理4個題目,只需花費12分鐘。

2018年2月2日 星期五

只需5分鐘,完成複雜的neon車輛碰撞分析模型計算


2012年,我們參加了美國的LS-DYNA使用者研討會,發現在場七成以上的LS-DYNA使用者,都是使用Linux系統;2014年,我們公司安裝了兩台Linux工作站,並針對SMP與MPP進行測試,很明顯看見MPP在效能上有顯著的加速效果;

2017年,我們以Linux MPP 32cores計算經典的neon車輛碰撞模型,只需將近7分鐘就完成計算,更在2018年,加速至5分鐘即可完成!

2018年1月10日 星期三

使用PreSys™作為有限元素分析前處理軟體的十大理由 Part5


9.開發者同為軟體使用者,而能感同身受


PreSys的開發者在有限元素分析領域,已有相當龐大的專業知識,因此對於如何創建有限元素模型,以及同樣重要的:如何不創建有限元素模型,這樣的知識技術,全都集結在PreSys這個產品之中。

ETA不僅僅只是軟體開發者,同時也是軟體的使用者,因此PreSys的設計,才能如此貼近終端使用者的需要。

使用PreSys™作為有限元素分析前處理軟體的十大理由 Part4


7.貼心的面板設計


PreSys的開發人員明白,當接觸新的CAE軟體時,研究人員會需要花費大量的時間來摸索建模過程中所需要的工具;為了解決這樣的問題,PreSys的"任務面板"因此誕生。