1、殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論May 7th, 2010殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論殼元素與實體元素混用討論Kerry HuangSenior EngineerPage 2Created by konadoul前言前言前言前言前言前言前言前言circle6 殼元素與實體元素的連接可使用 Shell to solid拘束來達成 。於先前研究文件 ”Shell to Solid設定 ”已討論此種拘束的應用時機和設定方式 。然而在實際應用上發現對於特定問題存在著某些限制circle6 本文將
2、針對此種拘束進行數種測試與討論 ，以供 CAE工程師於往後中使用circle6 使用軟體 : ABAQUS 6.9.1circle6 殼元素與實體元素的連接可使用 拘束來達成 。於先前研究文件設定 已討論此種拘束的應用時機和設定方式 。然而在實際應用上發現對於特定問題存在著某些限制circle6 本文將針對此種拘束進行數種測試與討論 ，以供 工程師於往後中使用circle6 使用軟體Page 3Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析模型 I分析模型分析模型分析模型分析模型circle6 一PCB板，板上有一晶片 ，試討論不同建模方法對於分析結果的影響circle6
3、測試條件 : 固定 4個螺孔 ，給予晶片上一梯形分布的壓力circle6 一 板，板上有一晶片 ，試討論不同建模方法對於分析結果的影響circle6 測試條件 固定 個螺孔 ，給予晶片上一梯形分布的壓力1mm70mm3 5m m1 7. 2 9m m14.82mm1mm 建模法建模法建模法建模法 1: 直接使用實體元素直接使用實體元素直接使用實體元素直接使用實體元素 建模法 建模法建模法建模法 2: 部分部分部分 部分 PCB以以以 以殼元素建模殼元素建模殼元素建模殼元素建模， ， ，部分使 部分使部分使部分使用實體元素用實體元素用實體元素用實體元素Fixed分布函數分布函數分布函數分布函數
4、: 0.5X+15壓力強度壓力強度壓力強度壓力強度 : 1MPaC3D8IC3D8I S4RPage 4Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析模型 I分析模型分析模型分析模型分析模型circle6 依照網格密度和建模法的不同 ，分析模型可分成五種 Case1: 建模法 1 Case2: 建模法 2，使用共用節點連接 Case3: 建模法 2，以Shell to solid連接 ，交接處殼元素網格大小等於實體元素 Case4: 建模法 2，以Shell to solid連接交接處殼元素網格比實體元素大 Case5: 建模法 2，以Shell to solid連接交接處
5、殼元素網格比實體元素小circle6 以Case1的結果做為基準進行比較circle6 依照網格密度和建模法的不同 ，分析模型可分成五種 建模法 建模法 ，使用共用節點連接 建模法 ，以 連接 ，交接處殼元素網格大小等於實體元素 建模法 ，以 連接交接處殼元素網格比實體元素大 建模法 ，以 連接交接處殼元素網格比實體元素小circle6 以 的結果做為基準進行比較Case1Case2Case3Case4Case5Page 5Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 I分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 位移circle6 位移Case1Case2Cas
6、e3Case4五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同五種模型的結果幾乎相同Case5Page 6Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 I分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 Von-Misecircle6Case1Case2Case3Case4除了除了除了除了 Case2之外之外之外之外 ，其餘 其餘其餘其餘 模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同模型的結果幾乎相同Case5Page 7Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析模型 II分析模型分析模型分析模型分析模型circle6
7、 網格模型同分析模型 Icircle6 測試條件為固定 PCB四個螺孔 ，給予 200G的半正弦衝擊波 ，作用時間 2mscircle6 網格模型同分析模型circle6 測試條件為固定 四個螺孔 ，給予 的半正弦衝擊波 ，作用時間衝擊強度衝擊強度衝擊強度衝擊強度 : 200GPage 8Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 II分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 位移 (2ms)circle6 位移Case1Case2Case3Case4Case2的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全不同的結果位移的分布已完全
8、不同 ，而 而而而 Case5的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大的最大位移值差異很大Case5Page 9Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 II分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 Von-Misecircle6Case1Case4Case3 Case5Case2和和和和 Case5的結果差異很大的結果差異很大的結果差異很大的結果差異很大 ，整個模型的結果產生很大的錯誤 整個模型的結果產生很大的錯誤整個模型的結果產生很大的錯誤整個模型的結果產生很大的錯誤Case2Page 10Created by konadoul小結小
9、結小結小結小結小結小結小結circle6 由分析模型 I和分析模型 II的結果可得知 ，殼元素和實體元素的混用 ，應使用Shell to solid將兩者連接 ，直接使用共用節點連接會有問題 。推測是實體元素上下表面的節點未參予拘束所造成circle6 從分結果可知殼元素的網格大小需大於實體元素的網格大小 ，否則於動態問題中可能會出現錯誤的結果circle6 由分析模型 和分析模型 的結果可得知 ，殼元素和實體元素的混用 ，應使用將兩者連接 ，直接使用共用節點連接會有問題 。推測是實體元素上下表面的節點未參予拘束所造成circle6 從分結果可知殼元素的網格大小需大於實體元素的網格大小 ，否則
10、於動態問題中可能會出現錯誤的結果Page 11Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析模型 III分析模型分析模型分析模型分析模型circle6 一PCB板，試討論不同建模方法對於分析結果的影響circle6 測試條件 : 固定 3個螺孔 ，給予中間一梯形分布的壓力circle6 一 板，試討論不同建模方法對於分析結果的影響circle6 測試條件 固定 個螺孔 ，給予中間一梯形分布的壓力70mm3 5m mC3D8IC3D8I S4R建模法建模法建模法建模法 1: 直接使用共點直接使用共點直接使用共點直接使用共點 建模法建模法建模法建模法 2: 部分部分部分 部分
11、PCB以殼元素建模以殼元素建模以殼元素建模以殼元素建模， ， ，部分 部分部分 部分PCB以實體元素建模以實體元素建模以實體元素建模以實體元素建模， ， ，實體元素的 實體元素的實體元素的實體元素的 PCB分成分成分成 分成 2部分部分部分 部分， ， ，以 以以 以 Tie拘束連接拘束連接拘束連接拘束連接Fixed分布函數分布函數分布函數分布函數 : 0.5X+5壓力強度壓力強度壓力強度壓力強度 : 0.1MPaPage 12Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析模型 III分析模型分析模型分析模型分析模型circle6 依照網格密度和建模法的不同 ，分析模型可分
12、成四種 Case1: 建模法 1 Case2: 建模法 2，以Shell to solid連接 ，交接處殼元素網格等於實體元素 Case3: 建模法 2，以Shell to solid連接 ，交接處殼元素網格比實體元素大 Case4: 建模法 2，以Shell to solid連接 ，交接處殼元素網格比實體元素小 Case5: 建模法 2 , 以Shell to solid連接 ，交接處殼元素網格比實體元素大 ，實體元素的部分予以網格細化circle6 依照網格密度和建模法的不同 ，分析模型可分成四種 建模法 建模法 ，以 連接 ，交接處殼元素網格等於實體元素 建模法 ，以 連接 ，交接處殼元
13、素網格比實體元素大 建模法 ，以 連接 ，交接處殼元素網格比實體元素小 建模法 以 連接 ，交接處殼元素網格比實體元素大 ，實體元素的部分予以網格細化Case1 Case2 Case3 Case4 Case5Page 13Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 III分析結果分析結果分析結果分析結果Case1Case4Case3 Case5Case2circle6 位移 (2ms)circle6 位移分析無法收歛Case4無法收歛無法收歛無法收歛無法收歛 ， Cas2,Case3和和和和 Case5與與與與 Case1結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎
14、相同Page 14Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 III分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 Von-Misecircle6Case1Case4Case3 Case5Case2分析無法收歛Case4無法收歛無法收歛無法收歛無法收歛 ， Cas2,Case3和和和和 Case5與與與與 Case1結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同結果幾乎相同 ，差異僅 差異僅差異僅差異僅在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值在邊界條件處的最大應力值Page 15Created by konadoul分析模型分析模型分析模型分析
15、模型 IV分析模型分析模型分析模型分析模型circle6 網格模型同分析模型 IIIcircle6 測試條件為固定 PCB三個螺孔 ，給予 200G的半正弦衝擊波 ，作用時間 2mscircle6 網格模型同分析模型circle6 測試條件為固定 三個螺孔 ，給予 的半正弦衝擊波 ，作用時間Fixed衝擊強度衝擊強度衝擊強度衝擊強度 : 200GPage 16Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 IV分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 位移 (2ms)circle6 位移Case1Case4Case3 Case5Case2Case4的最大位移結果有
16、很大的差異的最大位移結果有很大的差異的最大位移結果有很大的差異的最大位移結果有很大的差異Page 17Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 IV分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 Von-Misecircle6Case1Case4Case3 Case5Case2比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現比較整體應力分布趨勢可發現 ， Case4的結果有很大的差異的結果有很大的差異的結果有很大的差異的結果有很大的差異Page 18Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 IV分析結果分
17、析結果分析結果分析結果circle6 Von-Mise (最大值設定 15MPa)circle6 最大值設定Case1Case4Case3 Case5Case2觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現觀察殼元素與實體元素連接區域應力分布可發現 ，所有的簡化模型 所有的簡化模型所有的簡化模型所有的簡化模型均有相當程度的差異均有相當程度的差異均有相當程度的差異均有相當程度的差異Page 19Created by konadoul小結小結小結小結 2小結小結小結小結circle6 由分析模型 III和分析模型 IV
18、可得知 ，在此種類型的簡化上 ，Shell to solid的連接只於靜態問題有較佳的表現 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大circle6 於動態問題中 ，以Shell to solid連接殼元素和實體元素 ，可得到正確的位移植和整體應力分布趨勢 ，但在連接處的應力值可能會出現錯誤 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大circle6 如果連接區域為分析所關住的重點 ，應使 Shell to solid拘束離該區域較遠或不使用此種方式簡化 Case6: 直接以實體元素建模並使用 Tie拘束 ，進行衝擊試驗circle6 由分析模型 和分析模型 可得知 ，在此種類型的簡化上 ， 的連接只於靜態
19、問題有較佳的表現 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大circle6 於動態問題中 ，以 連接殼元素和實體元素 ，可得到正確的位移植和整體應力分布趨勢 ，但在連接處的應力值可能會出現錯誤 殼元素連接處的網格大小需比實體元素大circle6 如果連接區域為分析所關住的重點 ，應使 拘束離該區域較遠或不使用此種方式簡化 直接以實體元素建模並使用 拘束 ，進行衝擊試驗Page 20Created by konadoul分析結果分析結果分析結果分析結果 IV分析結果分析結果分析結果分析結果circle6 Von-Mise (最大值設定 15MPa)circle6 最大值設定Case1 Case6此種簡
20、化方式於動態問題中此種簡化方式於動態問題中此種簡化方式於動態問題中此種簡化方式於動態問題中 ，可以獲得連接處的正確應力 可以獲得連接處的正確應力可以獲得連接處的正確應力可以獲得連接處的正確應力Page 21Created by konadoul結論結論結論結論結論結論結論結論circle6 以Shell to Solid拘束連接殼元素和實體元素 ，於靜態問題中幾乎沒有問題 建議連接觸殼元素大小比實體元素大circle6 以Shell to Solid拘束連接殼元素和實體元素 ，於動態問題中有較多的限制 連接觸殼元素大小需比實體元素大 可得到準確的位移結果 可得到準確的整體應力分布趨勢 連接處的應力準確度較差circle6 於動 態問題求解中 ，如需要將模型網格做適當安排 ，在不使用共用節點方式建模的情形下 ，以Tie拘束連接為較佳的選擇circle6 以 拘束連接殼元素和實體元素 ，於靜態問題中幾乎沒有問題 建議連接觸殼元素大小比實體元素大circle6 以 拘束連接殼元素和實體元素 ，於動態問題中有較多的限制 連接觸殼元素大小需比實體元素大 可得到準確的位移結果 可得到準確的整體應力分布趨勢 連接處的應力準確度較差circle6 於動 態問題求解中 ，如需要將模型網格做適當安排 ，在不使用共用節點方式建模的情形下 ，以 拘束連接為較佳的選擇
