有限元素分析

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1、有限元素分析自電腦問世後，以其高速的計算能力成為代替繁複計算的工具，進而使得有限元素法可方便的應用在各種工程上。這類利用各類切割成的有限元素方塊組成各種真實結構體之模型，藉此來模擬實際結構體在各種不同力的作用下整體結構的力學行為之方法大量的被採用在土木工程界。在實際的現地的研究中，往往由試驗現場來取得各類的力學數據，此種方法雖然數據是由實際的結構所反應出來力學行為，但是要在實際的結構體上進行量測作業實為不易。因此，在適當的假設條件下，以有限元素法來探討結構體力作用下的力學行為，以漸漸的適用於實際的研究。且近年來由於電腦科技

2、進步神速，無論在硬體與軟體皆提高了使用的效能，因此也增加了電腦快速的運算能力。這樣的結果使得原本需要龐大計算量來解決一連串複雜的問題變得更加的簡便，有限元素法便在這種條件之下逐漸的受到肯定，例如現今為大量工程所採用的PCA道路設計法中，其中部份架構就是以有限元素法程式JSLAB所模擬出來。有限元素程式ABAQUSABAQUS簡介由於電腦的快速進步，使有限元素程式的發展日愈精進。藉著電腦程式模擬實際結構的力學行為來作分析為很多研究機構所採用並確定極為可行，因此也克服了現地量測遭遇的困難，節省了現場試驗所必須發費大量的時間與資

3、源。本研究採用美國Hibbitt、Karlsson&Sorensen(HKS)公司所研發的ABAQUS有限元素法軟體，它的應用範圍相當廣泛近年來於很多領域都普遍被採用，包括土木、機械、航工等相關工程皆有廣泛的應用，且受到各界的肯定。本程式為一套發展完備的有限元素法軟體，它可分析線性的結構到非線性的材料的變形與應力的各種力學問題。程式中提供了大量的的不同元素，藉由不同元素的組合，可建立模擬欲分析的結構模型。其所提供的元素共有七大類，約有250種不同的元素。ABAQUS的優點在HKS公司的研發下，經過了多次的修改與更新，發展至

4、今以有多個版本發行，因此ABAQUS擁有多方面的功能，其計算效率、可靠度、擴充性與適用性皆受到各領域使用者的肯定。而ABAQUS因為具有功能的廣泛、提供完善的手冊、理論的基礎與品管的嚴謹且具有開放之使用者付程式等功能，因為上述等優點，使得ABAQUS廣泛被採用。ABAQUS分析程序圖4-1為ABAQUS分析的使用程序，說明了ABAQUS的執行方式與一般的有限元素程式相同。在確立研究的問題後，首先定義欲分析結構相關的的材料性質、力學特性、幾何狀況與邊界條件。以所定義的特性經簡化的過程，進行以節點與元素切割結構體、選定材料模數

5、並定義其常數、限制邊界條件與描述受力狀態等步驟建立輸入檔。以所建立的輸入檔進行有限元素分析後，經過ABAQUS程式的後處理程序即可理並運用分析結果。ABAQUS每次進行分析，便會輸出若干的輸出檔與信息，而無論分析是否成功，輸出檔*.dat皆會列出執行結果，包括說明錯誤的輸入方式。1.EDITfilename.inp2.C:DIR>abaqusjob=filename3.checkfilename.log&filename.dat4.abaquspostreastart=filenameABAQUS格式1.輸入檔案格式A

6、BAQUS的輸入檔格式為一ASCII的.inp檔，附錄I為ABAQUS的輸入檔的範例。在ABAQUS的輸入檔中包括兩大部分，第一部分用以敘述結構模型的資料稱ModelData，另一部分用以定義結構體的受力情形稱HistoryData。ModelData包括定義節點位置、元素的種類與配置，輸入材料特性與邊界條件。HistoryData則是利用不同的步驟(STEPs)描述分析的程序與特性，加入載重外力並可再次定義邊界條件。而ABAQUS的輸出結果非常多元，ABAQUS提供定義輸出要求因應研究需要之輸出結果，也在Hi

7、storyData中定義。2.指令描述ABAQUS的輸入檔格式以文字字元與數字表示，在上述的ModelData或HistoryData中，ABAQUS所要求的格式非常有彈性，其中並不硬性規指令出現的先後，輸入檔中的每一行ABAQUS定義成一個Card，作為輸入的程序之用。以附錄I為例，檔中以*為第一個字元的Card為下指令的行，而以為**首的Card該行用以敘述文字，ABAQUS將不會運算處理。而每個指令行，緊接將定義其所需的資料與參數，而使用的方式將依每個指令的不同而異，其使用方法必須參照ABAQUS所提供的使用手冊。A

8、.敘述結構模型的資料:ModelDataI.標題Command:headingII.定義節點位置Command:nodenodenumber,x-coordinate,y-coordinate,Z-coordinate用”,”或空隔都可。III.元素的種類與配置節點Command:elementelem