Shell模組透過(guò)將3D模型簡(jiǎn)化為2.5D幾何，能夠有效降低有限元分析的計(jì)算資源需求，尤其適用於薄殼結(jié)構(gòu)模擬。然而模型轉(zhuǎn)換需進(jìn)行前處理，Moldex3D工具提供相應(yīng)的解決方案。本文探討基於2.5D簡(jiǎn)化模型的Shell模組在有限元分析中的計(jì)算效能。

Shell模組是一種在有限元分析中常用的方法，其簡(jiǎn)化模型的方式是忽略了厚度這一維度，3D模型改變?yōu)?.5D的幾何形狀，可以節(jié)省計(jì)算資源，並易於進(jìn)行設(shè)計(jì)變更修改，因?yàn)椴恍枰诤穸确较蛏辖⒋罅康木W(wǎng)格元素，也就能在不需要極高計(jì)算資源的情況下即可完成模擬分析。這種簡(jiǎn)化特別適合對(duì)於厚度和長(zhǎng)度差異較大的薄殼結(jié)構(gòu)或零件進(jìn)行模擬分析。

雖然Shell模組能夠快速完成分析結(jié)果，但由3D模型轉(zhuǎn)換成2.5D的網(wǎng)格模型需進(jìn)行前處理的動(dòng)作，此動(dòng)作需要模型轉(zhuǎn)換的技術(shù)門(mén)檻，目前選擇的工具除了Moldex3D-mesh （Rhino），在Moldex3D Studio裡也有基本的網(wǎng)格前處理功能。

圖一 : 模型簡(jiǎn)化示意圖

第一段：網(wǎng)格前處理

開(kāi)啟檔案 \ 匯入模型

雖然Shell模組能夠在不需要高效能電腦的情況下進(jìn)行模擬計(jì)算，但將3D模型轉(zhuǎn)換成2.5D網(wǎng)格卻需要進(jìn)行耗時(shí)的前處理過(guò)程。本次範(fàn)例以Toy Car模型在Studio中進(jìn)行網(wǎng)格前處理的步驟為例。首先，打開(kāi)專(zhuān)案並選擇Shell模組。隨後導(dǎo)入模型，並且進(jìn)行模型設(shè)定，設(shè)定為塑件，如圖二所示。

圖二 : 匯入模型

在主頁(yè)裡選擇模型之後，再選擇修復(fù)網(wǎng)格裡的建立面上網(wǎng)格功能，配合著鍵盤(pán)Shift延續(xù)挑選中間面，如圖三的黃色區(qū)域所示，選擇要產(chǎn)生網(wǎng)格的曲面，之後在小視窗的選項(xiàng)中請(qǐng)勿勾選混合元素及格狀元素，並且點(diǎn)選綠色勾後生成網(wǎng)格。

圖三 : 挑選中間面

檢查自由邊&T連接邊

將所有網(wǎng)格設(shè)定成塑件，將肋條和圓柱的部份隱藏，在功能列點(diǎn)選檢查自由邊&T連接邊，跳出小視窗勾選建立曲線，即可出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的自由邊，如圖四所示。

圖四 : 顯示自由邊

填補(bǔ)網(wǎng)格

在修復(fù)表面網(wǎng)格的頁(yè)籤，如圖五標(biāo)示的順序，建立填補(bǔ)網(wǎng)格：

1. 點(diǎn)選封閉迴圈填補(bǔ)

2. 點(diǎn)選指令

3. 選擇自由邊

4. 點(diǎn)選綠勾

5. 重覆3和4的步驟，再選擇另外7處的自由邊，確定後就產(chǎn)生填補(bǔ)所有的網(wǎng)格。

圖五 : 封閉迴圈填補(bǔ)功能

設(shè)定厚度

離開(kāi)修復(fù)表面網(wǎng)格功能，並顯示隱藏的物件，再選擇修改厚度，先選擇全部網(wǎng)格設(shè)定為2.5mm厚度，後續(xù)運(yùn)用點(diǎn)選功能將4個(gè)肋條設(shè)定為2mm。

圖六 : 模型厚度分佈

第二段：設(shè)定流道、模座、水路、最終檢查

至模型頁(yè)設(shè)定澆口後，選擇流道就自動(dòng)產(chǎn)生流道，後續(xù)設(shè)定模座、冷卻水路皆為預(yù)設(shè)值，此時(shí)點(diǎn)選最終檢查的綠色勾，確認(rèn)完成網(wǎng)格前處理。

圖七 : 完成最終檢查模型

第三段：模擬分析

分析相關(guān)設(shè)定材料檔\成型條件\開(kāi)始分析

完成最終檢查之後即可加入材料檔、成型條件、設(shè)定分析順序C F/P C W後，點(diǎn)選開(kāi)始分析，即可完成Shell模組的模擬分析。

圖八 : 流動(dòng)波前結(jié)果

（本文作者蕭乃仁為科盛科技技術(shù)支援處資深工程師）