模擬分析時的"假設"

長期以來經常碰到朋友問到使用CAE軟體的困難，
心裡其實蠻有感慨很多人在作“假設”上有許多基礎知識不足或想像力不夠豐富的問題；
像 CAE 軟體本身背後使用的理論就有許多“假設”條件，
必須在符合這些假設條件下，
CAE軟體才能模擬出合理的結果。

也可以想見如果真實情況與假設條件偏離越多，結果就會越不準。

以最簡單使用的 Inventor 應力分析或其他簡單的應力分析軟體為例，
先撇開一些艱澀難懂的專有名詞，
軟體最基本的假設就是：

1. 處理均向性、線性材料，只允許在各方向材料性質都是固定的 Young's Moudulus (彈性係數...)、Poisson's ratio、密度(算自重影響才會用到)等等

2. 處理小變形，例如變形值相對原尺寸百分比<5%，或更嚴謹的 <2%以下

3. 不考慮溫度、電、磁等等效應。

所以整個程式的撰寫、開發邏輯會完全依循上述 1&2兩大原則。

因此複合材料、大變形的橡塑膠應用、材料降伏、殘餘應力、熱變形等等在Inventor應力分析功能中全部都不適用！！！

所以從事 CAE 首先第一件事就要先看清楚軟體在功能上的"假設"條件有哪些？

例如最開始要選擇"靜態分析"、"模態分析"還是"造型產生器"？

例如想避免共振的發生，那就要選擇"模態分析"

例如想知道鐵板的自重變形位移，那就要選擇"靜態分析"

想針對零件材料應力分布區域進行最佳化設計省材料或減重，那就可以選擇"造型產生器"

所以必須要先瞭解(假設)自己要模擬分析的主題是甚麼？

選擇好適用的主要功能再來進行設定時，就要開始針對模型狀態作假設，
包括模型的元件組成與幾何、材料、約束、負載、接觸等等進行設定。

例如假設有平面對稱幾何、約束、負載的案例，就可以將模型切成一半，甚至1/4，在對稱面上給法線方向位移限制的條件，這樣可以減少系統計算的負擔跟提高準確性。

一個多重組件要進行變形位移模擬，可以假設基礎高剛性的元件相對變形量很小，把基礎元件忽略，將約束條件設在兩者接觸的範圍上，如此一來就可以減少計算上的負擔，又不至於影響計算上的準確性(近似程度)。

同樣的對未知的力量也不用執著於精確的數值，
例如電梯中的載重，10個人就假設是 10*75= 750公斤重 = 7500 N，
或者是清洗裝置的毛刷作用力，就假設 5N、10N、100N各作 1 次也行，模擬後也許就會發現跟自重相比微不足道可以忽略，
那就不要執著於想要取得所有大大小小的負載資料！

所以在進行 CAE 模擬時，"假設"很重要，合理的假設可以讓結果越趨近於真實狀態。

越複雜的問題需要越多的假設條件來處理，
背後所需要的理論與程式自然就會不同。

延伸到更大範圍的工程上處理問題也是一直在作“假設”，針對各種“假設”條件去設計方法驗證或排除，一開始一定是挑主要的因子作假設，當解決主要因子後再來對應次要因子，一步一步去完善工程。

想要一步“登天”完美解決問題有時反而會大幅度拖長執行的時間與進度，
當然透過龐大資源、腦力激盪、資源分配處理好多個“假設”條件最是理想，可以兼顧時間與完成度，
但是前提條件是要有豐沛的資源跟好的資源整合運作管理能力。

在軍事上以前當兵時聽過另外一個說法：“想定”，
其實目的也是對敵人各種可能作出多重假設，逐一設計出應對措施。

所以“假設”時能夠掌握好越多條件，越能夠在真實執行時取得越接近真實的結果，這種情況在各行各業都是一體適用的。