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邊界條件與荷重

FrontISTR 對結構分析、熱傳導分析及動力分析，以關鍵字定義邊界條件與荷重。在結構靜力分析中，已定義的邊界條件與荷重會依群組 ID 彙整，並透過 !STEP 的 BOUNDARY 行或 LOAD 行逐步驟啟用。在動力分析中，!BOUNDARY、!CLOAD、!VELOCITY、!ACCELERATION 以及隱式法的 !SPRING 也可由 !STEP 以群組為單位啟用。具有時間變化的條件可透過 !AMPLITUDE 指定倍率，多個自由度之間的線性關係則以 !EQUATION 定義。

功能概覽

邊界條件與荷重可依分析類型分類如下。

分析類型 主要關鍵字 用途
結構分析 !BOUNDARY 指定固定約束、強制位移，以及繞旋轉中心的強制旋轉。
結構分析 !CLOAD 指定節點集中力、作用於旋轉自由度的力矩，以及繞旋轉中心的扭矩。
結構分析 !DLOAD 指定表面壓力、表面荷重、體積力、重力及離心力。
結構分析 !SPRING 對節點自由度施加彈簧支承。
結構分析 !TEMPERATURE 直接指定熱應力分析使用的節點溫度，或由結果檔讀取。
動力分析 !VELOCITY、!ACCELERATION 指定初始速度、初始加速度，或隨時間變化的處方速度與加速度。
熱傳導分析 !FIXTEMP、!CFLUX、!DFLUX、!SFLUX、!FILM、!SFILM、!RADIATE、!SRADIATE 指定固定溫度、熱通量、對流及輻射。
共通 !AMPLITUDE 以表格指定邊界條件與荷重的時間變化倍率。
網格定義 !EQUATION 定義多點約束式。

結構分析中的自由度編號通常將平移自由度設為 1、2、3，旋轉自由度設為 4、5、6。旋轉自由度對具有 6 自由度的模型，例如殼元素與梁元素，具有意義。若模型僅包含二維或三維實體元素，應在目標節點實際具有的自由度範圍內指定約束與荷重。

結構分析的位移約束

位移約束使用 !BOUNDARY 指定。對節點或節點群組指定自由度範圍與數值。數值為 0 時即為固定約束，指定非 0 值時則為處方位移或處方旋轉。

在結構分析中，!BOUNDARY 的自由度範圍接受 1 至 6。1 至 3 對應平移位移，4 至 6 對應具有旋轉自由度之節點的旋轉約束。由於可一次指定自由度範圍，例如可同時固定 1 至 3 以約束平移。

指定 AMP 參數時，可由振幅函數使約束值隨時間變化。一般指定方式會依步驟內的荷重係數或振幅函數變化量，以增量方式施加處方位移。指定 TOTAL=YES 時，則將指定值視為總位移的目標值。

指定 ROT_CENTER 時，可施加以中心節點群組為基準的旋轉約束。此指定會根據旋轉量計算目標節點群組的平移位移並施加約束。由於不支援 ROT_CENTER 與 TOTAL=YES 的組合，繞旋轉中心的旋轉約束應以增量方式指定。

結構分析的集中荷重

節點集中荷重使用 !CLOAD 指定。給定節點或節點群組、自由度編號及荷重值後，會作為該自由度的右側荷重組入系統。

指定於平移自由度 1 至 3 的值，會視為座標方向的節點力。對具有旋轉自由度的模型，指定 4 至 6 可施加作用於旋轉自由度的力矩。指定 AMP 參數時，集中荷重會乘上振幅函數的值。

指定 ROT_CENTER 時，可將荷重以繞中心節點群組的扭矩施加。此時，指定的扭矩向量會依中心到目標節點群組的位置向量分配為節點力。若中心與目標節點位於相同位置，則無法分配扭矩，因此必須確認旋轉中心與荷重點之間的幾何關係。

若模型對節點群組指定 !CLOAD，並同時使用 !MESH 的 REFINE（網格細分、Refiner），需特別注意。進行細分後，原節點群組所包含的邊上會產生新的中間節點，這些中間節點也會加入相同的節點群組。由於 !CLOAD 對節點群組內每個節點施加相同的集中荷重值，新增的中間節點也會直接受到相同集中荷重，因此實際總荷重可能不同於細分前的意圖。使用節點群組指定集中荷重時，應考慮細分造成荷重點增加，或改為直接指定個別節點。

結構分析的分布荷重與體積力

分布荷重與體積力使用 !DLOAD 指定。!DLOAD 可對元素群組或表面群組指定荷重類型與參數。時間變化由 AMP 參數指定。

主要荷重類型如下。

荷重類型 內容
P0、PP、P1～P6 指定作用於元素面的壓力。面編號與元素面的對應關係依元素類型而異。
PX、PY、PZ 明確指定座標方向的壓力。輸入時會轉換為方向向量。
S... 對表面群組施加表面荷重。面編號由表面群組的定義取得。
BX、BY、BZ 指定座標方向的體積力。
GRAV 指定重力加速度向量。與材料密度組合後作為體積力加入。
CENT 根據旋轉軸與角速度指定離心力。

指定 FOLLOW=YES 時，表面壓力會跟隨變形後表面的方向。此指定對考慮有限變形的結構分析具有意義。在非線性幾何無效的分析中，實作上會停用追隨壓力。

與 P1 至 P6 以及熱分析側的 S1 至 S6 相同，面編號的意義會依元素類型而異。具體的面編號對應與資料行排列請參閱關鍵字參考。

結構分析的彈簧支承

彈簧支承使用 !SPRING 指定。給定節點或節點群組、自由度編號及彈簧常數後，會在目標自由度的對角剛度中加入彈簧剛度，並在右側加入與目前位移成比例的彈簧反力。

指定自由度 1 至 3 時視為平移彈簧。對具有旋轉自由度的模型，指定 4 至 6 可作為旋轉彈簧。應確認自由度配置，避免對模型不具有的自由度施加彈簧。

在目前實作中，!SPRING 的彈簧剛度不是以個別振幅函數隨時間變化的對象。由於步驟內會依步驟係數組裝，因此若要切換彈簧支承的啟用與停用，應使用群組 ID 與 !STEP 的 LOAD 指定進行逐步驟控制。

結構分析的溫度荷重

在結構分析中若要施加由熱應變造成的荷重，使用 !TEMPERATURE。對每個節點或節點群組指定溫度後，會根據與參考溫度或前一溫度的差異，組裝熱應力分析用的等效節點力。熱膨脹係數在材料定義中給定。參考溫度使用 !REFTEMP 指定。

溫度可直接在控制檔中指定，也可由熱傳導分析等結果檔讀取。指定 READRESULT 時，不讀取資料行中的節點溫度，而是讀取由 SSTEP、INTERVAL、READTYPE 等指定的結果資料。使用結果檔時，輸出檔的儲存時刻或步驟編號必須與結構分析側的指定相對應。

!TEMPERATURE 沒有 AMP 參數，因此不受振幅函數倍率控制。若要改變溫度歷程，應透過溫度資料本身、讀取的熱分析結果或步驟分割來控制。

動力分析的初始條件與處方值（速度、加速度）

在動力分析中，可透過 !VELOCITY 與 !ACCELERATION 指定速度或加速度的初始條件與處方值。兩者皆可指定節點或節點群組、自由度範圍及數值。自由度範圍為 1 至 6；對具有旋轉自由度的模型，4 至 6 對應角速度或角加速度。

TYPE=INITIAL 用於指定分析開始時的初始速度或初始加速度。指定初始速度時，會根據與運動方程式的一致性計算初始加速度。指定初始加速度時，也存在計算初始速度的處理路徑。

TYPE=TRANSIT 用於指定隨時間變化的處方速度或處方加速度。省略 TYPE 時以 TRANSIT 處理。指定 AMP 時，會針對動力分析時刻插值振幅函數，並作為倍率乘上處方值。

多點約束

若要在多個節點自由度之間施加線性關係，可使用多點約束功能。對應的關鍵字為 !EQUATION，可指定剛體耦合、週期邊界、節點間位移關係等難以用單一節點、單一自由度固定約束表示的關係。

關於多點約束的選用、線性求解器側的處理方式，以及與其他自由度耦合功能（例如接觸 TIED）的關係，請參閱 多點約束。

熱傳導分析的邊界條件

在熱傳導分析中，可將固定溫度、熱通量、對流及輻射作為邊界條件。與結構分析的 !STEP 不同，熱分析的時間控制使用 !HEAT 指定。

關鍵字 對象 內容 振幅指定
!FIXTEMP 節點或節點群組 固定溫度。 AMP
!CFLUX 節點或節點群組 施加節點集中熱通量。 AMP
!DFLUX 元素或元素群組 對元素體積或元素面施加分布熱通量。 AMP
!SFLUX 表面群組 對表面群組施加熱通量。 AMP
!FILM 元素或元素群組 對元素面施加對流邊界。 AMP1、AMP2
!SFILM 表面群組 對表面群組施加對流邊界。 AMP1、AMP2
!RADIATE 元素或元素群組 對元素面施加輻射邊界。 AMP1、AMP2
!SRADIATE 表面群組 對表面群組施加輻射邊界。 AMP1、AMP2

在 !DFLUX 中，BF 表示體積發熱，S0 至 S6 表示元素面的熱通量。在 !FILM 中以 F0 至 F6，在 !RADIATE 中以 R0 至 R6 指定元素面。面編號與實際元素面的對應依元素類型而異，詳情請參閱各關鍵字的參考頁面。

對流邊界指定對流係數與外部溫度。輻射邊界指定相當於放射率的係數與環境溫度。AMP1 對應係數側，AMP2 對應外部溫度或環境溫度側，可分別指定獨立的時間變化。

振幅函數

振幅函數是以時刻和值的表格定義邊界條件與荷重時間變化的功能。輸入時使用 !AMPLITUDE 定義具名稱的時間表，並由目標關鍵字的 AMP、AMP1、AMP2 參數參照。

主要支援的關鍵字如下。

!AMPLITUDE 以表格形式（DEFINITION=TABULAR）讀取，時刻類型以步驟時刻（TIME=STEP）處理。數值可定義為相對值或絕對值，但在個別關鍵字側通常作為乘在基準值上的振幅係數使用。

!TEMPERATURE 不適用振幅函數。此外，由於 !SPRING 不會以彈簧常數的個別時間變化方式組裝，因此彈簧支承的切換應透過步驟控制進行。

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