Reference : 劉晉奇. 如何進入CAE 的世界. 電腦繪圖與設計雜誌 (CADesigner雜誌), No.162, 26-34, 2001.
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如何進入CAE的世界 ﹖
( 劉晉奇 )
1. 前言
所謂的CAE是指 Computer-Aided Engineering 的縮寫,中文普遍稱為 "電腦輔助工程" 或 "電腦輔助工程分析" 。CAE之英文原文並無 "分析(analysis)" 一詞,因此筆者猜想,許多人在翻譯CAE一詞為中文時,特別加了 "分析" 二字,以突顯CAE與CAD/CAM的差異,強調CAE重於物理現象的 "分析" 。顧名思義,凡是應用電腦來分析模擬實際物理問題,均可稱為CAE,其分析的類型很多,例如結構應力分析、變形分析、振動分析、流體流場分析、熱傳分析、電磁場分析、塑膠射出成型流動分析、機構運動分析等等。絕大部份CAE的解題方式是使用數值近似方法(numerical method)來計算求解,而非傳統的數學解析法,數值方法的特性,是可以解決許多純數學解析法求不出來的問題,因此其應用面較廣。此外,CAE的數值方法與矩陣及陣列息息相關,所以CAE與電腦程式和軟硬體更是密不可分,唯有發展更快的CPU和更大的記憶儲存裝置,CAE才能模擬更複雜的題型。
CAE在應用上可區分為 "學術研究" 和 "工業界產品研發" 兩大領域。在學術研究方面,CAE早已被廣泛應用於各領域的學術論文,解決了很多複雜問題。在工業界,全球多數大企業早已應用CAE多年,研發了各式各樣安全可靠的產品,小型產品如電腦和IC等電子用品,大型如橋樑、汽車、飛機和太空梭。目前,CAE在台灣學術界已相當成熟,不論是應用CAE軟體分析問題,或是自行發展分析程式,均有非常豐富的成果。相對的,台灣工業界對於CAE的應用卻較國外廠商少,這一點是我們必須加強努力的地方。為什麼工業界研發產品需要CAE呢﹖它有什麼價值﹖CAE包含什麼內容﹖針對此問題,筆者將過去的一些研究心得與經驗整理出來,寫成本文。由於筆者所學領域為固體力學,因此本文較著重於固體力學方面的CAE應用。
本文前半段先介紹CAE的一些內容與特性,後半段則簡述CAE對工業界研發產品的重要性。希望對CAE有興趣的朋友,能透過本文了解如何進入CAE的世界,了解CAE對於產品研發流程的利處。
2. 為何需要CAE ?
為何需要CAE﹖茲舉一些固體力學的問題來說明。首先參閱圖1的懸臂樑,這是一個典型的材料力學題型,可由簡化之樑理論解法來求得樑最大彎曲應力與變形量函數,如方程式1,此公式可應用於建築物和機械結構的樑設計,計算其應力與變形,以設計該結構的強度與剛度。相關公式細節與定義請參閱材料力學教科書[註2],本文不再詳述。然而,對於圖2這類平板圓孔問題,我們將發現材料力學課本中找不到此類數學解題方法,因此必須進一步應用彈性力學的基本微分方程式,以及使用應力函數(Airy stress function)配合邊界條件(boundary conditions)來求解,其極座標應力場的解如方程式2[註3],此式將有三倍p最大應力集中之結果。我們可發現以上兩個範例均屬於較單純的題型,均可用數學分析方法求解,但是若遇到如圖3這類複雜問題,使用彈性力學的數學解析方法就非常困難了,因此必須使用CAE的數值近似方法求解。
固體力學CAE之主流數值方法為有限元素法(finite element method, FEM),它的基本概念是把一個連續性系統離散化,分成一個個元素(element)與節點(node),統稱為網格(mesh),每個元素均遵守力學基本理論方程式。接著,將所有元素組合成一個系統剛度矩陣聯立方程式 [K][u] = [F],再加入邊界條件,即可應用電腦程式求解各節點的位移與應力。FEM的流程非常規則,寫成電腦程式後即可廣泛應用,不必再利用數學解析方法及手算求解,對於數學方法無法計算的複雜題型亦可迎刃而解。利用FEM我們可以將圖3的題目分割成許多元素,再求得答案,如圖4和圖5所示之FEM網格與求解後之應力場。當然,問題若擴展到3D,這幾乎是必須使用FEM求解,如圖6這類立體複雜結構。當然,圖1和圖2之單純問題亦可採用FEM計算,而FEM相對於手算之數學解析方法,比較省時省力。關於FEM的理論與應用,讀者可參考相關的教科書[註4]。
此外,FEM除了上述之解決複雜問題能力外,它還有一個重要的功能,就是與數學解析和實驗結果搭配。例如,某君以純數學解析法求出一個新題型的答案,他便可同時利用FEM求解,以對照兩個答案的差距,確保理論分析無誤。再舉另一例子,某工程師以模態實驗方法,量得某工具機的振動自然頻率,他可再利用FEM 模擬求出自然頻率,對照兩個結果,以確定答案可靠。
另外還有一個觀念必須注意,以應力分析為例,雖然傳統的材料力學與彈性力學等科目,解題不若FEM搭配電腦來得方便快速,但一個工程師或研究員若要使用FEM分析應力,則必須學習過基本的力學,如此才能了解FEM建模與計算結果的真實物理意義,做出正確的工程判斷。相對的,一個對力學毫無概念的人是無法使用FEM這項技術的。其他領域CAE之應用亦是同樣的道理,我們必須切記CAE是源於基本的理論方程式,不可因CAE的快速發展而捨去基本理論。
不論是在學術研究或是工業界產品研發,一定存在很多複雜問題,尤其是形狀複雜的2D和3D問題,傳統的數學解析方法已無法克服這類題型,我們必須使用CAE來解決。所以CAE是非常重要的一個角色。
3. CAE之分類與CAE軟體
應用CAE有兩種方式,可自行發展電腦程式,或使用市售的CAE套裝軟體,一般來說,採用套裝軟體較發展程式來得快速省時。CAE軟體發展者或軟體公司根據各個領域理論,發展出不同分析功能的套裝軟體,許多CAE軟體也類似CAD產品,細分成許多模組與功能,提供給使用者依其需求來選擇。針對2D和3D之複雜CAE外形建模,許多CAE軟體提供了CAD功能,方便使用者建構外型。或者,多數CAE軟體會提供CAD介面,可將2D或3D之CAD圖檔直接匯入CAE軟體,再切割成網格來分析,以節省時間與人力。
CAE軟體架構可區分為3大部份: 前處理器(pre-processor)、求解器(solver)、後處理器(post-processor),即使是自行發展CAE程式,也是使用這三大流程(如圖7)。前處理器任務為建立幾何外型、切割元素與節點(網格)、設定元素類型與材料係數、設定邊界條件(施力、固定位移…)等。求解器則讀取前處理器記錄之設定檔,根據輸入之條件,運用數值近似法來求解答案。後處理器則接收求解後產生之大量數據,將所有數字答案加以規則化、視覺化、圖形化、製作動畫,以便於使用者判讀分析所得的答案。
CAE的類型可根據其物理理論來分類,如下列幾個項目所述。
(1) 固體力學(Solid mechanics)
前面提過固體力學的主流數值方法為有限元素法(FEM),可應用於各類型的力學,例如: 線彈性(linear-elastic)與非線性應力分析(nonlinear stress analysis)、靜態(static)與暫態動態應力分析(transient dynamic stress analysis)、接觸問題分析(contact analysis)、挫屈分析(buckling analysis)、振動分析(vibration analysis)、疲勞分析(fatigue analysis)、破壞力學(fracture mechanics)、最佳化(optimization)等等。這類型的CAE軟體非常多,例如ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、COSMOS、I-DEAS、LS-DYNA3D、MSC.MARC、MSC.DYTRAN、MSC.NASTRAN、Pro/MECHANICA等。此外,計算上亦有邊界元素法(boundary element method, BEM)之數值方法,但目前還不若FEM成熟。
固體力學問題是最典型的CAE例子,也是最常分析的題型,一般機械結構以線彈性應力分析和振動之模態分析(modal analysis)為兩大基礎分析。線彈性應力分析是負責確認強度設計是否足夠,同時也計算位移場(displacement field),求出適當之剛度(stiffness)以防止變形量過大。模態分析乃是計算結構的自然頻率(natural frequency)與模態(mode shape),確保結構於動態負載下不發生共振。此二分析在應用上,例如工具機分析、DVD-ROM光碟機分析、個人或筆記型電腦分析、土木建築分析等,其學理基礎分別是材料力學和振動學,相關的物理觀念請參閱教科書。
應力分析進一步可延伸至非線性範圍,例如工作應力超過降伏強度(yielding strength)之非線性材料性質分析,或是大變形(large deformation)之幾何非線性分析,或為非線性邊界條件之接觸應力分析,這類實際問題如電子連接器接觸分析、齒輪接觸分析、輪軌接觸分析、輥壓加工分析、塑性加工模擬等。此外,若考慮時間與加速度效應,則為暫態動態應力分析,如子彈撞擊鋼板分析、衝壓加工分析、電子產品落體測試(drop test)模擬、汽車碰撞模擬(crash simulation)等。動態應力分析之FEM計算方法分成兩大類,為顯式法(explicit method)和隱式法(implicit method),傳統的FEM流程為隱式法,但它針對動態非線性分析會有收斂困難的問題,因此學者發展了顯式法來解決動態問題,顯式法特點是不必求FEM剛度矩陣之反矩陣,沒有求解發散的困擾,只要計算之時間區間(time step)夠小,即可達到合理的結果。顯式法的CAE軟體有LS-DYNA3D、MSC.DYTRAN等。
振動之模態分析是模擬自由振動(free vibration)問題,即無外力無阻尼(damping)之條件。使用此法求出自然頻率和模態之振動參數後,可進一步做強迫振動(forced vibration)之簡諧分析(harmonic analysis),此類分析之外力為簡諧型式,目的是於頻域(frequency domain)中求出在不同外力頻率下的振動位移,以確定結構之剛性。此外,另有更複雜的振動問題,如模擬地震之頻譜分析(spectrum analysis)、隨機振動(random vibration)等。
其他如挫屈分析、破壞力學或最佳化分析之CAE型式,本文限於篇幅不再詳述,請參閱進階的資料。
(2) 固體熱傳學(Heat transfer in solid)
常見的數值方法為有限元素法(FEM)與有限差分法(finite difference method, FDM),固體熱傳問題著重於固體的熱傳導(heat conduction),只有固體部份做元素網格,而固體和外界流體或真空之介面,以熱對流(heat convection)邊界條件(使用熱對流係數h)或熱輻射(heat radiation)條件來處理。由於固體熱傳問題的FEM模式和固體力學很類似,因此固體力學之CAE軟體通常會同時發展固體熱傳功能。固體熱傳CAE依照考慮時間因素與否,主要分為穩態(steady state)與暫態(transient)分析兩大類,它通常被用來計算溫度場、熱傳量、散熱效果等等,如IC封裝熱傳分析和模具散熱分析。
(3) 流體力學與熱傳學(Fluid mechanics and heat transfer in fluid)
主要之數值方法為有限差分法(finite difference method, FDM)、有限體積法(finite volume method, FVM)與有限元素法(FEM),以上所述之流體力學數值方法,在學術界統稱為計算流體力學(Computational Fluid Dynamics, CFD)。CFD的軟體亦非常多,如ANSYS/FLOTRAN、CFX、FIDAP、FLOTHERM、FLOW-3D、FLUENT、ICEPAK、I-DEAS ESC、PHOENICS、STAR-CD、UNIC、YFLOW等。CFD在流體分析的應用面很廣,例如飛機或飛彈外表流場分析、流體機械流場分析、內燃機燃燒進排氣分析、空調分析、電子產品(如筆記型電腦)散熱分析、IC模組散熱分析等。此處需要注意的一點,是CFD的散熱分析包括了流體(如空氣)的對流流場計算及熱傳分析,而第2點之固體熱傳學分析並無流場計算。
(4) 電磁學(Electromagnetics)
數值方法有moment法、時域有限差分法(finite difference time domain method, FDTD)、有限元素法(FEM)。這類軟體如ANSOFT、ANSYS/EMAG等。分析類型包括靜電場、靜磁場、電路分析、低頻電磁場、高頻電磁場等,一般應用於電器結構之電位電場分析、電流密度分析、磁屏蔽分析、馬達磁力分析、電磁相容性(EMC/EMI)分析、電磁波分析、天線效能分析等。此外,IC電子電路的CAE分析,經常使用SPICE或VHDL語言來計算。
(5) 耦合場分析(Coupled-filed analysis)
許多有限元素軟體均會發展此功能。所謂耦合場分析是指多種物理現象之耦合問題,如應力場與熱傳耦合、應力與靜電場耦合、結構應力與電磁熱耦合等。我們由自然現象知道,很多問題都是多物理現象的耦合問題,不過為了將題目單純化,許多分析模式仍採用單一物理現象來模擬,如一般的固體力學問題。但有些較複雜的問題無法簡化,則必須使用耦合分析,例如銲接熱變形分析,它包含了暫態熱傳與應力和位移,是屬於熱傳與固體力學耦合問題。此外,微機電系統(MEMS)元件經常須用到耦合場分析,如結構變形-靜電場耦合分析,或電流-熱傳-結構變形耦合分析。
(6) 塑膠射出成型流動分析(Analysis of plastic injection molding)
此類型CAE分析,主要是模擬塑膠射出成型過程中,液態塑料在模具內的流動情形,另外還包括模具內塑膠之壓力和溫度、塑膠成型後之熱翹曲變形、模具冷卻系統分析等。軟體有C-MOLD、MOLDEX、MOLDFLOW等。液態熔融塑膠是屬於高分子與高黏性之非牛頓流體(non-Newtonian fluid),其流動之物理理論是以高分子之流變學(Rheology)來解決,流變學是研究材料的流動和變形,與一般CFD之流場分析不同。流變學之數值方法,通常是使用基本理論搭配有限元素法(FEM),來模擬實際狀況。
一般塑膠射出成型CAE軟體,除了前後處理器和求解器外,通常會搭配資料庫,其包含塑膠材料流動與機械性質,以及射出機參數等。資料庫的材質與參數均來自實驗數據,可直接讓使用者選取,省去找資料的麻煩。當然,對於資料庫沒包含的材料,使用者仍然必須由文獻或實驗求得。
台灣的塑膠模具業和塑膠射出成型業非常發達,累積了大量的經驗值,因此,射出成型CAE之模擬結果可快速與實際製程來驗證比較。對於模擬誤差較大的案例可適時修正模擬之參數,或找出其他原因,以提高往後分析的準確度。而對於未開模之模具,工程師可用CAE先行模擬其可行性,例如先分析注料口和融合線(melting line)位置是否合適、或成品熱翹曲量是否過大,以CAE確定設計無誤後再進行製造,如此可將錯誤減至最低,節省開模和修模成本。
(7) 機構運動與動力學 (Mechanism theory and dynamics)
此類CAE是應用機構學與動力學原理,搭配數值近似方法,針對剛體(rigid body)或變形體(flexural body)運動加以模擬。軟體有ADAMS、MSC.visualNastran Motion (原MSC.Working Model Motion)、Pro/MECHANICA MOTION等。應用上如齒輪運動、凸輪運動、引擎汽缸運動、自動化機器機構運動分析、機器手臂分析、汽車運動與動力學、人體運動分析等等。
(8) 其他類型CAE
CAE之其他應用領域有: 聲場模擬、地下水流動模擬、鑄造模擬等。
一般整合性的CAE軟體會包含前處理器、求解器、後處理器三部份,不過,有許多CAE軟體專攻前後處理功能,無求解器,如FEMAP、HYPERMESH、ICEM CFD、MSC.PATRAN、TrueGrid等,它們可同時針對多種CAE軟體介面做輸出輸入。此外有些CAE軟體則只含求解程式,因此它必須搭配上述之前後處理軟體,才能形成一個整合之CAE系統。亦有許多軟體公司發展CAD/CAM/CAE整合系統,例如PTC公司之Pro/ENGINEER加上其CAE模組Pro/MECHANICA,或是SDRC公司之I-DEAS加入CAE模擬模組等,這類軟體除了本身能求解外,亦可將其產生之有限元素網格輸出,匯入其他CAE軟體,再做分析。
CAE軟體也可分成泛用型(general-purpose)與特殊型(special-purpose)軟體。泛用型是指軟體的分析領域廣,功能多,且具高度活用性。特殊型是指軟體功能較專業,是特別為了某種分析而設計。以固體力學來說,泛用型軟體如ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、COSMOS、MSC.MARC、MSC.NASTRAN等,特殊型軟體如土木結構分析軟體STAAD.Pro和板金成型分析軟體eta/DYNAFORM等。
4. CAE的電腦硬體需求
CAE軟體或程式需要在電腦中執行,所以電腦硬體亦不可忽視。目前個人電腦的CPU已十分快速,且硬碟與記憶體的容量越來越大,價格又便宜,很適合用來執行CAE的任務。不過,對於元素過多或計算量過大的CAE問題,仍然需要使用較高級的工作站(workstation)電腦,甚至用超級電腦(super computer)來執行。
5. 為什麼工業界研發產品需要CAE ?
前面提了一大串CAE的性質與相關資訊,或許我們會問,到底CAE有什麼用途與好處呢﹖CAE有什麼優點﹖以下我們針對工業界之產品研發來探討,範圍以固體力學CAE為討論對象。
以一電子產品(如行動電話、筆記型電腦或家電用品)為例,圖8是其典型的產品開發流程,由其中可看出CAE之重要角色。以固體力學之應力分析來說,在圖8之CAE分析階段,是根據前段之原始設計外形(可使用3D CAD模型)加以分析,目的是確認強度和剛度沒問題,且安全系數(safety factor)足夠,亦符合經驗原則。經CAE分析無問題後,再進行原型機(prototype)製造與實測,經實地測試確定良好,便可生產上市。相對於實際的原型機,我們可發現先前以電腦所建構出的3D CAD外型與CAE分析之應力結果,可視為一個虛擬原型機(virtual prototype)[註5]。虛擬原型機在電腦中,被3D CAD建構出來,接著被CAE分析測試,這兩個項目類似於實際原型機在現實世界中的製造與實測。虛擬原型機可節省很大的成本,因為物體在電腦中建構與分析,花的僅是電腦資源與工程師的腦力,然而若研發流程全部使用實際原型機而無CAE,則會因頻繁的試誤(trial-and-errors)過程,花上大筆原型機的材料與製造成本。由圖8可發現,經由虛擬原型機之CAE分析,可大大降低下一階段實際原型機的測試數量,例如,無CAE分析的設計流程,可能需要做15台實際原型機來測試,才能修正到最佳設計參數。有了CAE的加入,電腦對於虛擬原型機已做過多次的設計修正,因此可能只需製造3台實際原型機即可確認設計無誤,而且可以縮短產品上市時間(time-to-market)。這對於節省研發成本有莫大的幫助。上述之CAE優點是以降成本為焦點,而產品開發成本之降低,就是因為CAE幫助工程師抓出設計準則,幫助我們更了解產品設計背後的物理特性(如應力、變形、振動性質、溫度分布等),進而對症下藥,達到最終的設計,做出最好最安全的產品。
除了降成本,CAE的重要貢獻是可以增進一個企業的研發能力,掌握更多的技術。CAE也是需要經驗的累積,非一蹴可幾,若有更多的CAE工程師加入研發團隊,經歷更多案例分析的實戰經驗,撰寫更多的CAE研究分析報告,研發技術一定可以突飛猛進。此外,CAE除了用在新產品的開發外,也可針對一些現有產品的破損失效,加以分析,找出原因加以改善。我們也必須注意,CAE並非萬能,不可因為專於CAE而放棄原有之傳統設計準則,我們可將CAE和經驗公式、經驗法則、實驗數據等相互配合,互補優缺點。
企業有了CAE,買方會更相信產品的可靠度與品質,一篇精彩的CAE分析報告更具說服力,勝於其他書面報告與口頭說明。CAE除了可證明產品品質,亦可用於廣告宣傳,筆者曾看過一些公司將CAE分析結果圖形放入產品型錄與網站,這對於產品的推廣有加分的效果。
若無CAE,則上述成果便不易達成,我們若把圖8的 "CAE分析" 項目拿掉,則此流程便是目前台灣許多企業應用的產品設計方式,它藉由工程師之基本物理觀念、經驗法則、經驗公式、試誤法、實際測試等方法,來設計產品。當然,沒有CAE,許多企業仍然生產優良的產品上市,台灣仍創造了傲人的經濟成績,基於這種現象,或許很多朋友會認為有無CAE都無所謂,但我們不能忽略一個重點:要加強研發技術就必須以CAE為工具。傳統的經驗法則與試誤法,是無法直接了解物理現象的,對於一些產品的失效破損,也只能單靠試誤法反覆修正產品參數,這雖可解決問題,但卻可能永遠不知道破壞原因,下次的設計便可能再度犯錯。傳統設計方式若應用於高科技與高技術性的產品,可能會很辛苦,也可能試誤很久卻達不到設計規格。以上這些瓶頸現象均突顯出CAE的重要性,台灣的企業若要提升研發能量,CAE是一條不可避免的路,台灣企業已擁有高度的製造能力與工廠管理方式,若再加強研發能量,效法美國日本等擁有高度研發技術的國家,則可以使企業轉型成功,創造另一事業高峰。當然,這也需要企業主的眼光與魄力,投資經費於研發部門與CAE。
以上是筆者對於CAE的一些淺見,當然,看法是見人見智,沒有絕對的答案。筆者也欣見目前已有許多台灣企業成功導入CAE,另有許多公司的研發主管也正積極評估CAE的技術建立。
6. 工業界那些情形不必使用CAE?
CAE固然很重要,但某些情形則不需藉助CAE這項工具,以下舉例說明。
(1) 沒有資金可投入CAE。企業沒有充裕的經費與人事成本,無法投入CAE的領域,也就不需要CAE了。
(2) 已充份掌握設計經驗與準則。很多公司對於自己產品的研發,擁有相當成熟的技術,不需要CAE便能得心應手,根據經驗準則即可掌握設計參數。例如,台灣許多工廠擁有非常純熟的板金衝壓成型技術,資深工程師或老師傅均可憑經驗,快速設計衝壓模具,不必藉助CAE。在這種情況下,由於衝壓之CAE類型是屬於動態非線性應力分析,CAE所需的建模與CPU計算時間,反而比傳統經驗設計花費更多,這時若採用CAE將增加成本且不具時效,失去了它 "降成本" 的意義。當然,對於新式的衝壓製程,若老師傅憑經驗抓不出設計規則且找不到解決對策,CAE便可發揮功效了。
(3) 現有設計公式已可滿足需求。例如產品中有拉伸彈簧機構,若要計算變形量只需要Ku=F之彈力公式即可,不需動用CAE分析。簡單的材料力學或力平衡問題,用手算即可,也不需用到CAE。
(4) 產品不需要用CAE分析。這是一個有趣的問題,我們可想像,很多日用品如水桶、陶製茶壺、汽水寶特瓶、塑膠杯、便當盒、竹筷子等,是不需要CAE分析的。一些受力小、無安全顧慮、低價的用品也不需動用CAE。不過,若有學術研究價值或產品分析需要,亦必須投入CAE。
7. 結論
針對複雜形狀或含繁雜邊界條件的問題,傳統的數學解析方法已難以克服,所以我們必須使用CAE來解決。無論在學術界或工業界,CAE都是一項功能強大的利器,它能幫助我們了解一個問題的物理特性,進而分析問題。當然,CAE不是萬能的,CAE對於某些題型(如實際狀況太複雜、應力奇異性、材料性質不確定等)仍然無法得到很準確的答案,雖然如此,研究人員或工程師仍舊可以藉由CAE的分析結果,得到許多物理趨勢與設計準則,因此CAE依然非常有價值。
CAE需要經驗的累積,非一蹴可幾,企業若要導入CAE,筆者認為可藉由與學術界或工程顧問單位之合作,將CAE技術建立起來,如此可事半功倍,減低失敗風險。
本文是筆者在學術研究和實際工作上的一些經驗與心得,希望對CAE初學者能有所幫助。筆者深怕文中有誤,希望各界朋友多加指教。CAE的內容千頭萬緒,並非一篇文章就能說完,其他CAE的相關資訊就麻煩讀者自行收集了。本文著重於說明CAE類型和性質,與CAE對於工業應用的好處,筆者希望CAE在台灣的工業研發領域,能夠更加普及,更加成熟,這對於提升我國整體的工業研發能量,是絕對有幫助的。
8. 備註
[1] 本文中提到的所有軟體產品名稱,均為該公司的註冊商標。相關之軟體資訊請參閱各公司網站與型錄。
[2] 參閱 W.F. Riley & L. Zachary 所著 "Introduction to mechanics of materials" ,或其他材料力學教科書。
[3] 參閱錢偉長所著之 "彈性力學" ,亞東書局繁體字出版(原書為中國大陸出版)。
[4] 參閱 T.R. Chandrupatla & A.D. Belegundu 所著之 "Introduction to finite elements in engineering" ,或其他FEM教科書。中文書籍可參考王柏村著之 "電腦輔助工程分析之實務與應用",全華出版。
[5] 關於 Virtual prototype 概念,可參考 http://www.adams.com 網站。
另強推一套軟體 COMSOL Multiphysics, 有中文化介面,專業準確且容易使用
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