電腦輔助分析 授課教師：蔡逢哲

自我介紹 姓名: 蔡逢哲(Feng-Che Tsai) 專長 射出成型、非傳統加工、模具開發與設計、精密製造、表面處理、產品設計、製造加工程序 電話: (手) 0931655683, (公) (04)23892088-1452 E-mail: tfc@teamail.ltu.edu.tw 畢業學校 主修學門系所 學位 國立中央大學 機械工程研究所 博士 建國科技大學 機電光系統研究所 碩士 電機工程系 學士

課程簡介 由實際設計具功能性產品過程中，配合相關電腦輔助工程分析軟體(MoldFlow與COSMOSXpress ) ，使學生瞭解並能應用相關之電腦輔助工程分析軟體進行往後產品各項分析。

成績比例 出席率佔平常成績40% (含討論) 期中考佔總成績30% 期末考佔總成績30%

期中考試 1. 利用SolidWorks繪製一個手工具3D圖。 2. 以COSMOSXpress進行強度分析。 3. 完成一份分析結果報告。

期末考試 1.以MoldFlow進行模流分析。 2.綜整期中與期末成果，完成一份完整分析報告。

CAE優點 代替昂貴實體測試，有效降低成本。 減少產品開發週期次數(縮短開發時間與成本回收時間)。 設計多樣化與優化。

COSMOSXpress

單位換算表 http://www.bonny.idv.tw/www/internet/0913.htm#8 http://tw.myblog.yahoo.com/cj6042/article?mid=364&prev=365&next=360&l=f&fid=31 http://www.a1.com.tw/calc/index.htm http://www.troop.com.tw/a3.html

塑膠材料資料庫 http://www.enliang.com.tw/pptest.htm

材料資料庫 http://www.matweb.com/index.aspx

材料各項性質 Physical Properties 物理性質 Electrical Properties 電性能 Density 密度 Electrical Resistivity 電阻率 Magnetic Permeability 磁導率 Mechanical Properties 力學性能 Hardness, Brinell 硬度，布氏 Thermal Properties 熱性能 Hardness, Knoop 硬度，努氏 CTE, linear 熱膨脹係數，線性 Hardness, Rockwell B 硬度，洛氏B Specific Heat Capacity 比熱容 Hardness, Vickers 硬度，維氏 Thermal Conductivity 熱傳導率 Tensile Strength, Ultimate 拉伸強度，極限 Melting Point 熔點 Tensile Strength, Yield 抗拉強度，屈服 Solidus 固相線 Elongation at Break 斷裂伸長率 Liquidus 液相 Modulus of Elasticity 彈性係數 Poissons Ratio 泊松比 Component Elements Properties 組成元素屬性 Charpy Impact 衝擊強度 Shear Modulus 剪力係數

名詞解釋 應力 應變 密度 楊氏係數 張力強度 降伏強度 泊松比

應力 當材料受某一外力影響，其單位面積所承受的力。 應力分析：根據材料、拘束與負載等條件計算零件的位移、應力與應變。

應變 當材料受應力所產生的單位變形量(彈性變形、塑性變形)。

密度 每種材料皆有本身的密度，而SolidWorks所定義的密度為重量密度(g/mm3) ，而非質量密度，故密度值較大。

楊氏係數 又稱彈性係數，係指通過施加一遞增的軸向負載至一測試物上，其負載與測試物的變形量。 單位：psi=g/mm2; lb/ft2; Pa=N/m2(1MPa=106N/m2)

張力強度 指材料在拉斷前所承受的最大應力值。當材料降伏至一定程度，材料內部晶粒會重新排列，此時抵抗變形能力會提高。 變形會隨應力提升而提高，直到最大應力值後，材料抵抗變形能力降低，並在最薄弱處產生塑性變形，此處材料截面迅速縮小(頸縮現象)，直到斷裂。 單位：Pa=N/m2

降伏強度 係指材料開始產生塑性變形(永久變形)的應力值。 若應力值小於降伏強度，則材料變形屬於彈性變形，負載移除後，材料會回復原狀。反之，材料變形屬於塑性變形，負載移除後，材料無法回復原狀。

泊松比 係指物體受到側向應變和軸向應變(拉伸方向)之比值。 當材料承受軸向張力時，材料寬度會隨長度增加而縮減。反之，材料長度會隨寬度增加而縮短。 一般泊松比值為0.25~0.33之間。

※泊松比 (Poissons Ratio ) = 橫向(徑向)應變/縱向(軸向)應變※

應力應變圖

材料性質係數 E：彈性係數(Modulus of Elasticity ) G：剪力係數(Shear Modulus ) ：波松比(Poissons Ratio )

COSMOSXpress 啟動 COSMOSXpress 學習設計分析的基本步驟 評估設計的安全性 評估結果的正確性 專案記錄

開始 COSMOSXpress 按一下 COSMOSXpress 分析精靈 按一下工具＞＞COSMOSXpress。

設定選項 按一下選項。 設定單位系統。 瀏覽 所要的資料夾，然後按一下確定。 核取在結果繪圖中顯示最大值及最小值的註記。 按下一步。 瀏覽 所要的資料夾，然後按一下確定。 核取在結果繪圖中顯示最大值及最小值的註記。 按下一步。 歡迎標籤上出現一個核取符號(綠勾勾) ，且材質標籤出現。

指定材料 按一下各項材料旁邊的加號，檢視各類別中的所有材質。 選擇 欲使用材質。 按一下套用。 COSMOSXpress 將欲使用材質指定給零件，且文字 “目前材料: ****” 會出現在螢幕上。請同時注意核取符號會出現在材料的標籤上。 按下一步。 限制標籤出現。

套用限制 輸入限制的名稱。 在圖面中選擇欲限制圖面。 面<1> 出現在選擇方塊中，且限制的符號出現在所選面上。 按下一步。 負載力標籤出現。

套用負載 選擇力或壓力然後按下一步。 選取欲施加力量之圖面。 按下一步。 選擇負載方向或參考面。 選擇力量設定值。 分析標籤出現。

分析模型 選擇接受預設的網格設定或選擇自行設定。 按下一步。 按執行。 分析開啟，且進度的指示器出現。

變更元素大小 按分析的標籤。 按否，變更此設定，然後按下一步。 拖曳調節控制到期待位置或直接輸入數值。

檢視結果 根據應力分析的線性靜態假定 ，我們可以如下計算最大的力量： 每個面套用的力量 = 1500 lbs 估計最小的安全係數 = 7.6 一般而言，如果我們套用一個相同於目前負載力乘於最小安全係數的新負載力，則零件的臨界區域將會開始垮掉 。 在此狀況中，如果我們套用一個大約 1500 X 7.6 = 11,400 lbs 力量到兩個面的各個面上，則零件的臨界區域將會開始塌掉。

產生同等應力的繪圖 在結果的標籤上按下一步。 在最佳化的標籤中，選擇否然後按一下下一步。 按一下顯示模型中的應力分布，然後按一下下一步。 COSMOSXpress 產生同等應力的繪圖。

最大及最小 von Mises 應力的註記根據預設出現在繪圖上。請同時注意降伏強度的標記會出現在繪圖的底端。

產生合位移圖 按一下顯示模型的位移分布，然後按一下下一步。 COSMOSXpress 產生合位移的繪圖。 按一下下一步。

如同對同等應力繪圖一樣，產生合位移繪圖的動畫並儲存動畫。

產生分析報告 按按產生 HTML 報告然後按下一步。 按封面頁、簡介、及結論，然後按下一步。 輸入報告標題、作者名稱、及公司名稱的資訊。按瀏覽來包括標誌。鍵入報告的日期然後按下一步。 為簡介輸入所需的文字，然後按下一步。 為結論輸入所需的文字，然後按下一步。 輸入報告檔案的名稱。按適合印表機的版本使報告的圖形能被適當的列印。 按下一步。 產生報告，並在您預設的 Web 瀏覽器中顯示。 按關閉報告視窗。

結束 COSMOSXpress 並儲存分析的作業 按關閉。 會出現一訊息方塊，詢問您是否要儲存 COSMOSXpress 資料。 按是儲存 COSMOSXpress 的資料。

定義材料屬性與設計變更

指定新材料 主要將具有實質屬性材料加至 SolidWorks 材質資料庫中並套用至指定零件。 由於所有材料屬性都以 MKS 為單位系統，因此選擇此單位系統作為預設值會更為理想。 屬性 EX（彈性模數） NUXY（Poisson 比） SIGYLD（降伏強度） DENS（質量密度）

設定文件單位屬系統 用右鍵按一下 FeatureManager(特徵管理員)頂部的零件名稱，然後選擇文件屬性。 文件屬性 - 尺寸細目對話方塊出現。 按一下單位。 在單位系統之下，選擇 MKS (米、公斤、秒)。 按一下確定。

新增材料至材質資料庫 按一下標準工具列上的編輯材質 。 材質編輯器 PropertyManager 出現。 按一下標準工具列上的編輯材質 。 材質編輯器 PropertyManager 出現。 在材質之下，按一下鋼旁邊的加號，然後選擇合金鋼。 合金鋼被用來作為新材料的基材。 按一下產生/編輯材質。 一對話方塊出現。 在一般資訊標籤中，執行下列操作︰ 在資料庫選擇之下，選擇<新材質資料庫>。 另存新檔對話方塊出現。 輸入新材質資料庫的名稱，例如 My Materials，然後按一下存檔。 在材質分類方塊中，輸入材質類別的名稱，例如 Steel-like-materials。 在材質名稱方塊中，輸入名稱，例如 Steel 1。

新增材料至材質資料庫 在實質屬性標籤中，在下列的屬性中按一下-暫停-按一下值，然後輸入下列的值： 按一下確定。 EX（彈性模數）：1.2e11 NUXY（Poisson 比）：0.3 DENS（質量密度）：7500 SIGYLD（降伏強度）：5e8 按一下確定。 Steel 1 出現在新資料庫 My Materials 下的材質編輯器 PropertyManager 中。定義的屬性會出現在實質屬性方塊中。 按一下確定 。 Steel 1 被指定給零件。

範例-錨定板

限定條件 錨定板零件是由Solidworks 材質資料庫中塑膠之下的尼龍 6/10。 限制板子的四個孔 。 套用力 350 lbs. 的力量到接觸桿狀零組件的面上。

範例-三角座

限定條件 三角座是由 Solidworks 材質資料庫中鋼之下的合金鋼。 限制 3 個外部孔 。 套用軸的力 500 lbs。

範例-連桿

限定條件 連桿零件是由下列屬性的塑膠材料構成 。 屬性 值 EX（彈性模數） 8.8e5 N/cm2 NUXY（Poisson 比） 0.3 DENS（質量密度） 0.0014 Kg/cm3 SIGYLD（降伏強度） 2.5e4 N/cm2

限定條件 限制圓柱面。 套用朝外的力量 到臂的內部面上。

限定條件 研究移動肋材的效果，在 FeatureManager(特徵管理員)中抑制 Boss-Extrude1。 計算在沒有肋材的情況下，零件可以支撐的最大力量。

範例-水龍頭

限定條件 水龍頭零件是由solidworks 材質資料庫中紅銅及其合金之下的紅銅。 限制 垂直入水管的面。 套用朝內 的 100 lbs. 力量到水管的底端。

限定條件 修改力的方向 讓力量將水龍頭推至旁邊。