MSC Apex 2025.2 已經上線！這次更新重點放在與 MSC Nastran 的深度同步，讓你的模擬流程更快速、更準確。

關鍵升級：

• 更快的運算：透過「線性間隙」功能模擬零件受壓接觸，提升分析效率。
• 更強的效能：支援曲面節點合併，優化連接處的數據處理。
• 多模型管理：支援在同一個介面切換多個模型進行對比驗證，省下授權成本。
• 精準建模：改進了變截面樑的建模精度，讓設定更具彈性。
• 簡化流程：提升曲面綁定（Ties）效能，省去建立虛擬邊界與重複劃分網格的步驟。

MSC Apex 多模型（Multi-model）支援功能說明

MSC Apex 改進了模型中節點（Nodes）與單元（Elements）的儲存方式。全新的多模型功能允許用戶將幾何模型、有限元素模型（FEM）或 MSC Apex 資料庫匯入現有模型中，或將其作為獨立模型開啟，且無需重新啟動應用程式。

1. 提升工作流程效率

用戶可以在多個模型之間無縫切換，減少等待時間並優化工作流程。這讓用戶能同時針對不同模型進行審閱、編輯以及後處理（Post-processing），對於大型裝配體或跨領域專案尤為實用。

2. 數據完整性與效能管理

• 高保真度：系統為每個模型保留完整的幾何、網格及相關元數據（Metadata），確保在模型切換過程中不會遺失任何數據。
• 記憶體管理：採用先進的記憶體管理技術，即使處理高解析度的網格，也能在不犧牲效能的前提下同時處理多個模型。
• 直觀操作：界面包含直觀的控制選項，可輕鬆啟用、停用或組織模型，導覽過程非常簡便。

3. 整合與自動化

• 情境管理（Scenario Management）：支援與情境管理整合，可針對不同模型同時或依序執行分析。
• 腳本自動化：此功能可與腳本 API 完美配合，讓重複性的多模型工作流程實現自動化。

提示：在研究樹（Study Tree）中，非當前啟用的模型及其相關情境會以灰色顯示，方便用戶快速區分目前的工作對象。

強化型網格相關綁定（Mesh-dependent Ties）

MSC Apex 2025.2 引入了全新「相依於網格」的綁定技術，提供多種連接類型，包括：邊對邊（edge-to-edge）、邊對單元邊（edge-to-element edge）以及邊對節點（edge-to-node）。

1. 更靈活的連接與建模精度

• 精確對齊：幾何邊界可與網格邊界或節點精確對齊，無需依賴虛擬幾何層（Virtual geometry layers），即可在不同物體間實現一致的網格（Congruent meshes）。
• 廣泛兼容性：支援孤立網格（Orphan mesh）、關聯網格（Associated mesh）、刻面體（Facet bodies）以及混合單元類型，能有效連結實體（Solids）、殼（Shells）與樑（Bars）。

2. 進階控制參數

用戶可自定義搜尋距離（Search distance）與清理公差（Cleanup tolerance）來精確控制對齊效果。在這些設定下，綁定功能的作用類似於「種子（Seeds）」，能將節點位置限制在指定的邊界上。

3. 效能優化與突破限制

• 提升擴充性與節省記憶體：針對大型模型進行了優化，顯著降低記憶體佔用，並在進行生成式更新（Generative updates）時，盡可能減少不必要的重新劃分網格（Remeshing）。
• 突破公差限制：取消了以往 0.2 mm 的公差限制，現在可以高效處理更大的間隙。

強大的穩定性：透過儲存幾何與網格實體之間的映射關係，即使在修改模型後，綁定關係仍能保持連接狀態，這在處理複雜裝配體時展現出極高的魯棒性（Robustness）。

MSC Apex 建模軟體 2025.2｜一次掌握所有新功能亮點：

節點合併功能優化（Node Merge Improvements）

MSC Apex 2025.2 的節點合併工具現在支援在指定的公差（Tolerance）範圍內合併任何節點。這包括了孤立節點（Orphan nodes）以及與幾何關聯的節點。

1. 提升建模靈活性

以往在進行類似操作時可能需要解除網格關聯或使用特定綁定，但現在：

• 無需解除網格關聯：直接在現有結構上進行合併。
• 支援局部編輯與重劃網格：在進行局部修改或重新劃分網格時，系統能同時維持有限元素模型（FEM）的拓撲結構與連接性。

2. 確保大型裝配體的一致性

• 保留固定節點與 ID：在合併過程中，使用者可以選擇保留特定的節點及其 ID 編號，這對於大型裝配體（Assemblies）的版本控管與一致性至關重要。
• 支援刻面體（Facet Body）：工作流程支援刻面體的同步更新，並與模組級運算（Module-level operations）整合，大幅提升處理大規模模型的擴充性。

3. 核心價值：減少手動清理 這次更新顯著提升了管理複雜網格的彈性，並大幅減少了以往最耗時的手動網格清理（Manual cleanup）步驟。

網格劃分功能改進（Additional Meshing Improvements）

本次更新透過多項技術調整，讓網格劃分行為更具魯棒性（Robust）與可預測性，有效減少手動調整的需求。

1. 六面體網格（Hex Meshing）：形狀保真度提升

在進行六面體網格劃分時，新增了「保留網格控制形狀（Preserve mesh control shape）」的選項。

• 技術優勢：確保在整個網格生成過程中，網格控制形狀保持不變。這對於複雜幾何體尤其重要，特別是當網格控制曲線與邊界邊緣相交時，能確保更高的一致性與網格品質。

2. 抑制單元內邊界（Suppress Internal Edges）

現在支援在六面體網格劃分過程中，抑制單元（Cells）的內部邊界。

• 技術優勢：這項功能有助於避免在建立六面體網格時產生不必要的切分（Splits），讓網格佈局更簡潔，減少單元數量並優化結構。

3. 狹長曲面網格（Skinny Surface Meshing）優化

針對狹長比例的曲面，系統改進了靠近邊界邊緣處的節點對齊（Node alignment）技術。

• 技術優勢：這項改進顯著減少了過渡區域的三角形單元數量，並提升了整體的網格品質與分析精度。

這些更新共同提升了處理大型且複雜模型的效率：

• 更可靠的自動化：減少因幾何特徵導致的網格扭曲。
• 更高品質的單元：六面體網格更規整，狹長區域的網格流動更順暢。
• 降低人工負擔：透過預設優化與新增控制選項，工程師不再需要花費大量時間手動修正網格。

1D 單元屬性型錄工具 (1D Element Property Catalog Tool)

全新的 1D 單元屬性型錄工具 大幅簡化了傳統 MSC Nastran 樑建模的工作流程。此工具提供了一個中央管理界面，讓使用者能更高效地建立、編輯與管理各種 1D 屬性。

1. 全面的屬性支援

該工具整合了多種 Nastran 屬性卡片，涵蓋了從線性到非線性的應用場景：

• 標準樑單元：支援 PBAR、PBARL、PBEAM 與 PBEAML。
• 非線性樑單元：支援 PBEMN1、PBARN1 與 PRODN1 等非線性屬性。

2. 核心優勢與功能亮點

• 高效組織與管理：型錄式的管理方式能有效減少重複定義，並確保大型裝配體中屬性的一致性。
• 直觀的導覽體驗：此工具的設計邏輯與現有的「材料庫」及「3D 單元屬性」模式一致，使用者無需重新學習即可快速上手。
• 簡化建模流程：透過整合屬性定義並支援直接指派至單元，該工具大幅提升了易用性，並縮短了複雜樑模型的設定時間。

為什麼這項更新很重要？對於處理大量框架結構（如航太機身或船舶構架）的工程師而言，管理成百上千個不同的樑截面與屬性通常非常繁瑣。1D 屬性型錄工具 的出現，代表 MSC Apex 正在將複雜的 Nastran 卡片管理變得更加視覺化與直觀化。

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非線性樑單元屬性 (Nonlinear Beam Properties)

為了更精確地呈現樑單元的非線性行為，MSC Apex 現在支援 PBEMN1、PBARN1 以及 PRODN1 屬性。這些屬性對於模擬在大變形與非線性條件下的複雜結構響應至關重要。

主要優勢：

• 高保真度模擬：無需再透過繁瑣的手動繞道（Manual workarounds）來設定，即可直接模擬複雜的結構反應。
• 工作流整合：將這些非線性能力直接整合進現有的樑單元工作流程中，大幅簡化了定義 1D 單元非線性特性的步驟。
• 確保 Nastran 一致性：此功能的整合確保了 Apex 與 MSC Nastran Input Decks 的高度一致性，讓資料交換與後續求解更穩定。
• 擴展分析範圍：這項增強功能提升了需要高度精確非線性建模（如航太、重工業）之應用場景的模擬品質。

1D 單元屬性與樑跨的混合應用模式 (Hybrid Approach)

MSC Apex 2025.2 提供了一種混合建模策略，讓用戶能根據專案需求靈活切換不同的管理方式：

• 樑跨法 (Beam Span Method)： 這是組織跨越不連續段落之樑單元的理想方式。特別適用於處理僅有網格的模型（Mesh-only models），能有效簡化段落間的連接管理。
• 1D 屬性型錄 (1D Property Catalog)： 支援傳統的 MSC Nastran 工作流程。透過集中化的介面管理屬性，適合需要為進階分析定義詳細參數的場景。

核心價值

• 彈性選擇：用戶可以針對每個專案選擇最高效的建模路徑——無論是使用「樑跨」進行快速佈局，還是應用「詳細型錄」進行深度分析。
• 減少重複作業：整合兩套方法後，能大幅降低重複定義屬性的機率，提升工作流程的易用性。
• 確保 Nastran 一致性：無論採用哪種建模方式，都能確保輸出的模型與 Nastran Input Decks 完全相容，這對於建立複雜裝配體或非線性樑模擬場景尤其關鍵。

MSC Nastran 2025.2 深度整合與增強

MSC Apex 2025.2 全面支援 MSC Nastran 的最新技術，讓使用者在直觀的建模環境中，即可發揮強大求解器的完整效能。

1. 更深度的非線性與接觸分析

• 線性間隙元素 (Gap Elements)：MSC Nastran 在線性分析中新增了間隙元素，而 Apex 2025.2 已同步支援此功能。
• 全局能量輸出 (Global Energy Outputs)：針對非線性靜力分析，新增了能量輸出功能，讓工程師能更深入地洞察模型在非線性狀態下的表現。
• 接觸間隙控制：支援 Nastran 針對接觸面間隙（Gaps in contact）新增的多項控制選項。

2. 求解效能優化：SPARSESOLVER RESVEC

• 快速殘差向量計算：Apex 現在支援 SPARSESOLVER RESVEC 指令。這能顯著加快模態解（Modal solutions）中的殘差向量運算，對於以實體單元（Solid-element）為主的大型模型尤其有利，能大幅縮短運算時間。

3. 氣動彈性力學與模態分析

• 動態氣動彈性 (Dynamic Aeroelasticity)：Apex 正式啟用對 Nastran 動態氣動彈性的支援，並同步支援實數耦合模態 (Real coupled modes)，擴展了在航太領域的分析能力。

4. 模型驗證與約束處理 (Constraint Handling)

• 強化 RBE3 元件驗證：支援 Nastran 新增的驗證選項（如 RBE3RFIX、RBE3TLVL 與 RBE3THR），這有助於更精確地驗證剛體單元（Rigid body elements）並優化約束處理的準確性。

模組腳本編寫支援 (Scripting Support for Modules)

MSC Apex 2025.2 擴展了其腳本 API，現在使用者可以透過自動化腳本來建立與管理模組。這對於需要處理大量重複性任務的工程師來說，是邁向全自動化流程的關鍵一步。

1. 模組化操作自動化

透過更新後的腳本 API，使用者可以自動執行以下操作：

• 模組建立與管理：直接透過程式碼定義模組結構。
• 轉換動作 (Transform Actions)：自動執行模組的移動、旋轉、鏡射等空間變換。
• 邊界連接 (Boundary Connections)：自動定義模組間的物理連接與邊界條件。

2. 建立可重複的標準化流程

• 大幅縮短設定時間：針對複雜的裝配體（Complex Assemblies），使用者可以定義一套可重複運用的流程，避免手動操作的繁瑣。
• 確保專案一致性：透過腳本執行，能確保不同工程師或不同專案之間，模型處理的標準與品質完全統一。

3. 整合大型自動化框架

模組操作現在可以無縫整合到更廣泛的自動化框架中，簡化了從幾何準備（Geometry Preparation）、網格生成（Mesh Generation）到分析情境設定（Scenario Setup）的完整環節。

MSC Apex 建模軟體 2025.2｜一次掌握所有新功能亮點：

後處理腳本自動化支援 (Post-processing Scripting)

MSC Apex 2025.2 大幅強化了後處理 API，讓使用者能透過腳本自動產出分析結果，極大化縮短重複性工作的時間。

• 自動化繪圖與影像：支援自動生成變形圖 (Deform)、雲紋圖 (Fringe) 與向量圖 (Vector)，並可直接產出動畫。
• 關鍵熱點偵測：可透過腳本自動識別並標記模型中的「熱點 (Hot Spots)」，快速定位應力集中區域。
• 流程整合：將自定義的後處理程序整合至大型自動化框架中，實現從求解完成到結果審閱的無縫銜接。

易用性與效能提升：視窗即時編輯網格種子

MSC Apex 2025.2 讓使用者能直接在主視圖（Viewport）中編輯邊緣種子（Edge seeds），大幅簡化操作流程。

• 直觀互動：無需在多個對話框或選單間切換，直接選取邊緣即可調整。
• 即時回饋：視覺化調整種子數值後，網格分佈會立即更新，讓網格細化（Mesh refinement）過程更直觀且高效。

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Apex CAE 應用:

從強大的幾何清理、簡化，一直到網格劃分，MSC Apex旨在開發各種易於使用的功能，創造最友善的建模環境。

• MSC Apex Modeler

• MSC Apex Structures

全面整合的結構分析流程，自動偵測需要的求解器設定，前/後處理功能與求解器皆在同一個介面下操作，支援靜態、正交模態、動態、挫曲分析。

• MSC Apex Generative Design

高自動化的生成式設計，打造無與倫比的積層製造體驗，在產品生命週期的每個階段節省成本並縮短知識與經驗之間的差距。

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PreonLab 6.0 是由德國 FIFTY2 公司開發的無網格計算流體力學（CFD）模擬軟體，採用平滑粒子流體動力學（SPH）技術，專為處理複雜流體行為與多相流問題而設計。此版本在效能、模擬準確性與使用者體驗方面均有重大突破，特別適用於汽車產業中的涉水模擬、齒輪箱潤滑、車身污染分析及自動駕駛感測器水管理等應用場景。 

PreonLab 與 AVL

雖然 PreonLab 是由德國公司 FIFTY2 Technology GmbH 開發的產品，但 AVL（AVL List GmbH）是其官方的全球銷售與技術支援夥伴。透過 AVL 的全球網絡，PreonLab 能夠更快速推廣至汽車產業與重工機械產業中的 OEM 與 Tier 1 供應商。 

例如： 

• AVL 官網直接提供 PreonLab 的產品頁面與解決方案案例。 
• AVL 工程師可支援 PreonLab 的應用與客製模擬流程開發。 

在技術方面上的合作：PreonLab 強化 AVL 在流體模擬領域的解決方案 

PreonLab 為 AVL 在虛擬產品開發流程（Virtual Vehicle Development Process）中的一部分，特別在”無網格流體模擬（SPH）”方面，填補了傳統 CFD 工具（如 AVL FIRE M、Star-CCM+）在自由表面、多相流與潤滑模擬上的限制。 典型應用包括： 

• AVL Driveline 模擬：齒輪箱潤滑、離合器冷卻油噴霧 
• AVL Rainwater Management 解決方案：感測器自潔、涉水風險評估 

在開發與培訓支援方面的合作：

AVL 亦與 FIFTY2 技術團隊保持研發與客戶支援合作關係，提供客戶完整的 PreonLab 導入流程，包括： 

• 技術諮詢與流程整合（與 AVL CRUISE、FIRE M 整合） 
• 客製應用模版（如車身污染分析流程） 
• 用戶培訓與技術研討會（例如 AVL TechDay）  

在市場定位與品牌協同方面：

AVL 推廣 PreonLab 作為其模擬產品組合中針對“複雜自由表面流體行為”的解決方案，並將其定位為： 

• 汽車產業高效潤滑與水管理模擬工具
• 高效能且可快速迭代的設計分析工具，適合早期產品開發階段。 

這有助於 AVL 擴充其模擬平台，提供更完整的一體化工程服務。 

PreonLab 6.0主要新功能與亮點介紹 

1. GPU 加速（NVIDIA CUDA）

PreonLab 6.0 首次引入 GPU 加速功能，利用 NVIDIA CUDA 技術，模擬效能相比傳統多核心 CPU 系統提升最高可達 6 倍。這不僅大幅縮短了模擬時間，還提高了能源效率，為工程師提供更快速的設計迭代與決策支持。 

該功能將持續更新，目前僅支持一部分功能，啟動GPU模擬時，用戶可以檢查是否滿足GPU條件，具體操作方式：於Scene處新增右鍵選項 > Check GPU compatibility，已確認當前設定可以支持GPU實現加速模擬。 

(減速齒輪箱單相流計算時間比較)

(減速齒輪箱兩相流計算結果物理時間比較)

碰壁射流分析

(基於GPU進行熱模擬，與128核心對比，可提高5.9倍計算效率，節能指數在3-7倍之間)

2. 新增壁面黏附模型（Lateral Adhesion Model） 

6.0版本新增的實驗性「壁面黏附」模型，可以更準確地模擬水滴在”傾斜表面”上的附著與滑落行為，特別適用於尾門雨水流動、側窗水管理等場景，提升模擬的現實感與準確性。

(模型驗證：液滴沿斜面流動)

(基於切向力黏附模型的雨刮器模擬)

(雨水在玻璃窗上的水痕跡)

3. 使用者介面優化 

改進圖形使用者介面（GUI），包括後處理與操作流暢性，傳感器功能全新支持Pathlines的導出，以便更加清晰的了解液體流通路徑。 

另外，全新的畫面與更直觀的操作流程，提升了用戶體驗，使模擬設置與結果分析更加高效與愉悅。 

4. PreonDock基於網頁的模擬協作平台 

隨著PreonLab在全球客戶中有越來越多的應用，對大量計算文件(傳輸、共享、使用權)的需求日漸增加，PreonDock 是一個專為 PreonLab 使用者設計的 網頁式模擬任務管理與結果分析環境，讓團隊能跨平台、高效率地協作與追蹤模擬流程，特別適合分布式團隊或需要集中化模擬管理的大型企業研發部門。 

(PreonDock使用介面)

團隊協作優勢 

• 多人可透過同一介面同時進行項目查看與討論 
• 提供遠端監看功能，便於跨部門合作 
• 無需安裝客戶端軟體，透過瀏覽器直接使用 
• 支援與HPC，PreonLab的模擬結果可以無縫連接 
• 方便資料清理與版本管理 
• 允許添加註解、標籤與項目分類 
• 可自動生成統計圖表與關鍵數據摘要 
• 可比對不同模擬項目之間的差異，便於設計決策

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想 更 清 楚 的 了 解 網格掰掰！PreonLab CFD流體力學模擬再進化   ，歡 迎 來 電 (02)2712-8448 或是 來 信。

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AVL Preonlab 的優勢

AVL Preonlab 是一款無網格的 CFD 分析工具，不受限於複雜的前處理過程、或是移動網格的生成手法，對於涉及複雜幾何與動態過程的模擬具有先天的優勢，重要功能特色有以下幾點：

◆ 連續粒子尺寸設置 (Continuous Particle Size, CPS)

◆ 壁面粒子細化功能

◆ 基於 Keyframe 功能的運動規律定義

◆ 通過後處理傳感器 (sensor) ，進行受力、液體分佈、濕壁位置等分析

◆ 基於 Preonlab 的 python API：PreonPy，提升建模與後處理的效率

◆ Preonlab 可以輸出真實感的渲染效果動畫

Advantages of Using PreonLab

PreonLab is a meshless CFD analysis tool that avoids the complexities of traditional preprocessing or the generation of moving meshes. It is particularly advantageous for simulating scenarios involving complex geometries and dynamic processes. Key features include:

◆ Continuous Particle Size (CPS): Enables flexible particle size configurations for enhanced simulation accuracy.

◆ Wall Particle Refinement: Allows detailed resolution near walls for more precise results.

◆ Keyframe-Based Motion Definition: Facilitates the intuitive setup of motion patterns.

◆ Post-Processing Sensors: Analyze forces, liquid distribution, and wet wall locations using embedded sensors.

◆ Python API (PreonPy): Boosts modeling and post-processing efficiency with scripting capabilities.

◆ Realistic Rendering Animations: Outputs high-quality, realistic animations for better visualization.

AVL PreonLab的運作方式

與傳統的計算 流體動力學 ( CFD ) 不同，PreonLab 的模擬採用無網格技術。這不僅簡化了模型的建立過程，也在模擬牛頓流體和非牛頓流體時提供了快速且高效的處理時間。不論您是進行趨勢分析還是尋求精準的預測，PreonLab 都能滿足需求。

在軟體開發過程中，易用性一直是特別重要的考量。因此，PreonLab 被設計成讓每位用戶只需稍加培訓便能直覺地應用於日常工作中。

在不犧牲結果品質的前提下，使開發過程儘可能高效。

How PreonLab Works
In contrast to classical CFD , the simulations in PreonLab are meshless. This not only simplifies model creation. It gives you short and powerful turnaround times when simulating Newtonian and non-Newtonian fluids. Regardless of whether you want trend analysis or precise predictions.

Ease of use was and still is particularly important in the development of the software. Thus, it was designed so that every user can use it intuitively in his daily work with a little training.

The goal has always been: to make development as efficient as possible without compromising on the quality of the results.

• 延伸閱讀
  • 從噴嘴到排水系統：PreonLab助力洗碗機全流程設計模擬
  • 電泳優化 (下)
  • 電泳優化 (上)
  • PreonLab光滑粒子分析 CPS與自適應細化功能應用
  • AVL PreonLab 5.1 Release
  • AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術
  • 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用
  • 新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析

這篇文章 網格掰掰！PreonLab CFD流體力學模擬再進化 最早出現於 星恆科技有限公司。

eVTOL的崛起

作為未來空中交通產業的核心細分領域，eVTOL（Electric Vertical Takeoff and Landing，電動垂直起降飛行器）已成為全球最炙手可熱的賽道，吸引了數百家企業競相投入佈局，涵蓋初創公司、航空業巨頭、出行服務供應商以及汽車製造商等多方力量。在中國，該領域也已湧現出一批具有代表性的創新企業。

出行作為人類社會生活中不可或缺的一環，在個人日常、經濟發展與社會結構中扮演著關鍵角色。回顧歷史，從徒步、馬車到蒸汽機車、汽車與飛機，每一次交通工具的革新都深刻改變了人類的出行方式與社會結構，驅動著整個社會持續向前邁進。如今，雖然汽車已成為最普及的地面交通工具，但其大規模使用亦帶來諸多挑戰：全球主要城市普遍面臨交通壅塞的困擾——以 2019 年為例，英國駕駛者平均因擁堵而損失達 115 小時，相當於造成約 69 億英鎊的潛在經濟損失；此外，汽車排放所導致的溫室效應，亦日益威脅人類的生存環境，促使各國政府與企業積極推動低碳減排的政策與承諾。在此背景下，隨著城市化進程加速，以及人們對高效互聯出行需求的提升，發展城市空中交通解決方案已勢在必行。

eVTOL 憑藉其電動推進系統與垂直起降能力，結合近年來迅速發展的電能儲存技術、電機技術以及分布式電推進系統（DEP），展現出綠色低碳、安全高效的優勢，正逐漸成為未來城市空中交通（UAM）及區域運輸的理想載具。

Morgan Stanley預測，全球 UAM 市場規模將於 2040 年突破 1 兆美元，並在 2050 年進一步增長至 9 兆美元。

目前，全球 eVTOL 產業在政策支持、技術突破與商業化落地三大方面同步推進，已成為推動低空經濟發展的核心動力。這條充滿潛力的賽道不僅吸引了航空領域的專業企業，更匯聚了來自各行各業的創新力量，呈現出多元化的發展格局。

eVTOL 技術挑戰與適航門檻

與 eVTOL 相關的挑戰可分為三大類：商業面、技術面與監管面（即符合法規的挑戰）：

• 商業化：主要圍繞商業運營模式的建立，確保其經濟可行性與社會接受度。

• 技術挑戰：聚焦於設計與工程層面的難題，涵蓋產品性能的各項要求，包括安全性、可靠性、經濟性、舒適性及動力表現等。

• 法規：涉及飛行器的適航認證、技術標準的合規性，以及運營政策與空域管理等制度性議題。

eVTOL 的研發挑戰主要集中在技術層面，可細分為以下六大技術維度：

● 結構設計與輕量化
涉及零件與組件的結構性能與裝配性能；先進材料的應用需考慮材料性能參數、許用值、缺陷影響、替代性與全壽命週期管理；加工工藝則涵蓋增材製造、成型、焊接與熱處理等，並需要對材料、工藝、部件至整機結構進行完整性分析。

● 氣動彈性設計
氣動彈性為結構與氣流之間的耦合關係，是飛行器設計中至關重要的評估指標，直接關係到飛行穩定性與安全性。

● 多體動力學分析
聚焦於推進系統中各結構部件的運動行為與受力情況，確保機械結構在複雜運動下的動態穩定性與耐久性。

● 推進與排放分析
主要運用計算流體力學（CFD）對流場與熱場進行分析，以提升推進效率並優化熱管理與環境影響。

● 飛控與動力系統
涉及飛行控制系統的性能設計、控制策略制定，以及電子設備熱管理與熱-機耦合技術，確保飛行控制的準確性與系統穩定性。

● 噪音預測與控制
針對艙內與艙外的噪音進行模擬與分析，優化聲學處理措施，以提升乘坐舒適性並滿足日益嚴格的環保標準。

開發 eVTOL 並不像將燃油車轉換為電動車那樣簡單。除了電動推進本身所帶來的技術變革之外，圍繞飛行器的安全性與適航性，還存在著諸多嚴峻的挑戰與必須遵循的嚴格標準。研發團隊必須確保整體系統具備高度的可靠性，例如充電過程與最低限度的安全檢查必須穩定且高效，同時在設計層面上實現故障保護與系統冗餘，以提升容錯能力。eVTOL 對電力的需求遠高於地面電動車，這也意味著必須設計出具有更高功率密度的電力系統，在保證性能的同時實現輕量化。此外，eVTOL 還需面對高速飛行所帶來的工程挑戰，尤其是在推力負載與轉子負載方面，這是一般電動汽車完全不涉及的技術領域。冷卻系統的設計同樣至關重要，必須能夠在高空飛行及進行俯仰、回轉等高動態操作時維持穩定運作。所有這些系統與性能的要求，都需在產品取得適航認證之前，經過嚴格且全面的測試與驗證。

目前，全球主要針對 eVTOL 的適航認證體系有兩種：美國聯邦航空局（FAA）與歐洲航空安全局（EASA）。FAA 基於對無人機與輕型飛機的既有標準，並針對 eVTOL 的技術特性提出新規範，強調飛行器在冗餘設計、故障容錯與數據鏈路可靠性等方面的表現。而 EASA 則針對 eVTOL 訂立了專門的認證標準，更加重視安全性、可靠性及環境友好性。隨著技術日趨成熟，未來有望出現統一的國際適航標準，以簡化跨國營運流程，推動全球空中交通產業的發展。

從部件到整機：多層級的系統性分析能力

海克斯康（Hexagon）提供涵蓋從零組件到子系統，乃至整機層級的全方位解決方案。在動力系統的分析方面，透過傳動系統的設計資料，結合電磁模型，可構建 Romax 傳動系統仿真模型；若進一步整合控制模擬，則可實現對轉子動力學、瞬態響應、傳動系統噪音預測、熱分析、傳動元件疲勞壽命，以及流體動力與空氣動力學的全面模擬。

在結構性能分析方面，從設計資料與 CAD 模型出發，建立有限元素（FE）分析模型，並與多體動力學軟體聯合使用，可深入分析結構載荷與衝擊載荷，進行結構強度的校核與優化設計，達成機體輕量化的目標。
基於對動力學系統與結構模擬的基礎，最終可展開對整機層級的綜合分析，包括整機的空氣動力學性能、艙內與機外的聲學特性（如航空噪音）、機身振動響應、零部件疲勞壽命等關鍵指標，實現從部件到整機的多學科耦合仿真與性能優化。

透過海克斯康的整合式工具與方案，研發團隊能有效應對 eVTOL 所面臨的複雜挑戰，實現動力系統在安全性、高效性、可靠性、耐用性、永續性、高功率密度與低噪音表現等多維度的最佳化設計，助力下一代空中交通工具的創新與落地。

而MSCOne涉及多個學科的模擬解決方案，如結構、工藝、系統動力學、材料工程、自動駕駛、CFD、聲學等。

模擬工具的整合，讓你不會再像無頭蒼蠅一樣，到處亂串亂鑽。

Actran可以幫助eVTOL降低噪音，提升社會接受度

在 eVTOL 須於人口稠密地區不分晝夜運行的背景下，噪音污染已成為社會關注的焦點問題，而降低垂直起降飛行器的噪音水準則是爭取社會廣泛接受的關鍵因素之一。與傳統飛機相比，eVTOL 的多旋翼結構與電動驅動方式雖可降低部分高頻噪音，但其低頻與中頻噪聲（特別是在起降與低空懸停階段）仍會對居民造成長期干擾。因此，如何從設計源頭進行聲學優化，是推動城市空中交通實現可持續發展的重要前提。

海克斯康提供了一套完整的聲學分析與噪音控制解決方案，涵蓋從概念設計到最終驗證的全流程支持。其解決方案可應對多項核心挑戰，包括：外部與社區噪音的模擬與預測，幫助開發者在設計初期就了解對環境的潛在影響；轉子噪音的傳播與抑制，可透過流場仿真與聲學建模，優化葉片設計與旋翼佈局；齒輪與電機運作所產生的機械噪音可透過系統建模、傳動鏈分析與震動源追蹤等手段加以控制；艙內噪音分析則聚焦於乘員舒適性，結合結構聲學模擬與材料選擇，提升艙內靜謐品質。

此外，針對噪音的傳遞機制與結構耦合問題，海克斯康亦提供完整的聲—振耦合模擬能力，支援噪音緩解策略設計，例如聲學隔離、吸音材料應用、結構阻尼優化等。特別是在齒輪與轉子產生的振動控制方面，可結合多體動力學與有限元素模擬進行深入分析與校準，確保整體聲學表現達到航空適航與城市低碳標準的雙重要求。透過這些整合工具與仿真能力，eVTOL 製造商可在開發早期即進行聲學風險評估與優化設計，大幅降低後期改設成本，同時提升產品在城市運營環境中的接受度與市場競爭力。

• 外部噪音／社區噪音的模擬與預測
• 轉子噪音的傳播分析與抑制設計
• 齒輪與電機運作所產生的機械噪音預測
• 艙內噪音分析與乘員舒適性評估
• 噪音的傳輸路徑模擬與隔音措施設計
• 齒輪與轉子相關的振動模擬與控制

(應用案例：德國Lilium公司，使用Actran軟體全面分析飛行器噪音)

MSCOne 解決方案

MSC 開發 MSCOne 集結了最先進的分析軟體，使用 Token ，您可以更彈性地探索無限可能，不再局限於單一軟體，各領域的整合與同步進行已經是現在的趨勢。

Equip your organisation with the flexibility to allocate simulation resources to any team or site, giving you greater agility to respond to engineering priorities.

MSCOne offers designers and engineers a smarter way to access a huge array of world-class CAE simulation software all from one flexible, subscription-based platform.

想做流場分析、又想做結構分析?

沒有前處理軟體 、 擔心剛接觸不會用 ?

MSC MSCOne 提供工程師需要的各種分析軟體，並能利用 Token 靈活切換使用。

加入 MSCOne 的優勢：

• 加速優化：利用以前沒有購入的軟體，帶給產品更好的進步

Accelerate innovation in your product line by taking advantage of simulation solutions that your company did not have access to previously.

• 提高生產力：建立一個靈活的分析環境，讓您的分析軟體隨著產品的階段而不同

Improve productivity and create a flexible environment, as your project and CAE needs mature or change.

• 降低財務風險：因應您的工程需求可以靈活分配使用量，且更靈活的響應工程優先事項

Reduce financial risk with the ability to increase or decrease capacity as your engineering needs change.

• 降低成本：原本因為預算考量或需求量不大而不能使用的軟體，都可以開啟並使用

Reduce cost and access infrequently used CAE applications that might otherwise be difficult to justify commercially. Consolidate your CAE software suppliers to most effectively stretch your limited budget.

可以使用的不單只有 MSC 的軟體，也包含了來自各方合作夥伴的工具 ，其目的就是為了提供使用者最靈活最經濟的方案 ，可以租用短期 Token ，也可以買斷永久 Token 。

假 如 您 是 以 下 狀 況 及 人 才， 那 麼 您 更 值 得 使 用  MSCOone 

• 大型企業
• 中小企業預算有限或工作繁重的工程師
• 多學科(領域)工程師
• 解決整合性問題
• 專案經理/師 PM
• 執行CAE的工程師
• 技術人才

我 們 也 針 對 不 同 需 求 ，提 供 不 同 種 方 案 供 客 戶 更 靈 活 便 利 使 用 。

想 更 清 楚 的 了 解  如何為 eVTOL 無人機設計提供數位孿生支援 – MSCOne 的 細 節 ，歡 迎 來 電 (02)2712-8448 或 是 來信。

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延 伸 閱 讀

• 頂尖電池製造商都在用CAE?淺談電動車電池設計 CAE工程師必看
• 電動車電池 安全性與效能 – MSCOne
• MSC 透過 Token 制度整合的分析平台 MSCOne

這篇文章 如何為 eVTOL 無人機設計提供數位孿生支援 – MSCOne 最早出現於 星恆科技有限公司。

星恆科技隆重介紹 Hexagon 最新推出的 Actran 2025.1，這是一款專為聲學模擬、NVH 分析及智慧製造設計的高階解決方案。新版本針對 電動車 動力系統、 電磁噪音 模擬及 SEA 能量分析等多個核心應用領域進行全方位升級，讓工程師在處理複雜聲學問題時更加得心應手，大幅提升研發效率與模擬精度，為新能源車與智慧製造業注入新動能。

一、新增 ePowertrain 聲學模擬流程

全面提升電動車聲學分析效率與準確性

隨著電動車市場快速擴張，ePowertrain 的聲學表現成為整車 NVH 設計的關鍵要素。Actran 2025.1 全新整合的 ePowertrain 工作流程，提供完整的階次域聲學模擬方案，使用者可從結構模態與參與因子著手，僅需幾個步驟，即可完成全流程聲學輻射分析。搭配內建的 DEMO 範例，工程團隊能夠快速上手並了解整體模擬邏輯。

這項功能讓工程師能夠：

• 直覺化操作：快速檢查結構模擬結果，計算等效輻射功率（ERP），掌握關鍵聲源。
• 自動化建模：輕鬆生成 Shrink-wrap 網格並自動完成模擬設定，節省大量人工建模時間。
• 深入結果分析：快速辨識噪音尖峰位置與成因，有效回饋至設計階段，提升產品聲學品質。

二、EM Noise 工作流程再進化：支援軸承載荷與 3D 軸向馬達

Actran 2025.1 在電磁噪音模擬方面也有重大突破，EM Noise 工作流程現在不僅能分析電磁力對結構的影響，更進一步支援 軸承載荷匯入與分析。工程師可從 ROMAX 所產生的 CSV 檔或 Masta 匯出的 BDF 檔案中導入載荷數據，大幅提升真實性與模擬精準度。

新功能重點包括：

• 整合式載荷考量：可同步考慮電磁與軸承載荷對整體 e-Drive NVH 行為的影響。
• 支援空間階次分解：對 3D 軸向馬達進行更細緻的聲學研究，捕捉細節行為。
• 強化網格對應與參數導出：有效連結至 ePowertrain 流程，建立完整模擬鏈。

這些功能對於開發高效、低噪音的電驅系統至關重要，尤其對處於新能源轉型關鍵階段的車廠與供應鏈企業，是絕佳助力。

三、WorkflowManager 操作說明系統升級：資訊透明、操作更易懂

為進一步降低學習曲線並優化操作體驗，Actran 2025.1 大幅增強了 WorkflowManager 節點說明功能。對於流程中複雜或關鍵的節點，現在都可透過滑鼠移至欄位上方即時顯示說明文字，或點選右上角的資訊圖示開啟詳細 HTML 說明頁面。

此升級提供以下優勢：

• 即時輔助：快速理解每個節點的功能與參數意義，減少操作錯誤。
• 文件即操作：將教學說明整合至操作介面中，提升使用效率與自主學習能力。

專為複雜流程打造：特別適用於新進人員或需快速部署模擬的研發團隊。

四、自動 SEA 子系統建構：結合模擬與視覺化操作，加速能量分析配置

在進行統計能量分析（SEA）時，模型分群設定的精準度對結果影響甚鉅。Actran 2025.1 將 AUTO_SUBSYSTEMS 功能 完整整合至 ActranVI 視覺化平台，讓工程師可互動式建立、編輯與比較不同子系統組合，無須重新建模即可進行迭代模擬。

應用優勢包括：

• 提升靈活性：可依照不同模擬需求快速建立多種分群方式。
• 加快決策流程：視覺化操作與結果比對讓最佳配置一目瞭然。

有效提升模擬效率：縮短設定時間，加快項目進度。

五、3D 轉 1D Trim 工具更穩定：強化控制參數，應用場景更廣

針對聲學吸收材料與內裝部件模擬，Actran 自 2024.1 起推出了 3D-to-1D Trim 自動轉換工具，能將複雜的 3D Trim 模型轉為簡化的 1D 參數模型。此次版本中，該工具進一步優化穩定性與控制選項，讓轉換過程更可控、結果更精準。

應用亮點如下：

• 支援更廣泛模型：拓展可轉換之 3D Trim 類型，應用更加靈活。
• 精準掌控輸出：新增參數可精細控制 1D 模型品質。
• 重用資產提升效率：可將既有 3D 模型應用於典型的 1D 分析情境如 Virtual SEA，節省大量重建工時。

六、其他增強功能快速回顧

• Nastran-Actran 整合功能強化：支援更多 damping 與 acoustic 控制卡片參數設定，RMS 結果更易讀取與除錯。
• PLTViewer 與 WaterfallViewer 支援 FFT：快速分析時域訊號頻譜內容，處理效率顯著提升。
• 舊版設定檔匯入支援：讓用戶無縫升級，保留熟悉操作介面。
• 法向向量視覺化：2D 表面上可視化法向速度與向量場，提升模擬直觀性。
• ARM 處理器支援：擴展至更多硬體平台，兼容性再升級。

Actran 2025.1 是一款致力於幫助工程團隊精準掌握聲學行為、提升開發效率並降低實體測試成本的尖端工具。星恆科技作為先進聲學解決方案的推動者，致力於協助企業運用最前沿的模擬技術，打造更安靜、更高效、更具市場競爭力的產品。

想 更 清 楚 的 了 解 聲學模擬、NVH、智慧製造設計解決方案 – Actran  Actran 的 細 節 ，歡 迎 來 電 (02)2712-8448 或 是 來 信。

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Actran 用 在 各 種 形 式 的 聲學 模型

• 標準和對流聲學 
• 分析車輛內外的聲響 
• 模擬聲音傳遞通過彈性牆 
• 預測孔洞介質的聲音吸收 
• 2D, 軸對稱和 3D 分析
• 耗散機制，例如黏熱損失和聲音吸收
• 非均勻平均流上的聲傳播和輻射
• 用複合材料模型模擬複雜的多層結構
• 直接響應和模態疊加方法
• 用於壓電材料的主動結構模擬
• 複雜流動和溫度梯度等異質性
• 基本諧波分析
• 平面、球面和柱面波源以及入射平面波對管道的激發
• 不連續 Galerkin Method
• 暫態 CFD 後跟隨著聲輻射
• 黏熱元素，用於模擬薄空氣層或細管的
• 準確建立襯墊模型，包含流動效應  (Myers-Eversman formulation) 
• 由入射聲導管modes定義的激發

Actran 常 見 應 用 的 產業

• 航太： 經過駕駛艙和機身 、 發動機短艙內襯 、 機身和駕駛艙絕緣 、 ECS（環境控制系統） 、 APU 和 ECS 入口和出口消音器 、 後緣 、 聲納 、 直升機渦輪噪聲 、 起飛時火箭有效載荷的隨機動態響應的聲音傳輸 、 聲納。
• 車輛： 動力總成 、 裝飾設計 、 風噪聲 、 發動機部件 、 壓縮機 、 進氣歧管 、 空氣濾清器 、 閥蓋 、 擋板 、 電動機 、 揚聲器 、 消聲器 、 輪胎噪聲 、 消音器 、 高壓分配管道 、 馬達 、 齒輪箱。
• 消費品： 電話 、 免提電話通訊 、 耳機 、 揚聲器 、 助聽器 、 樂器 、 洗衣機 、 冰箱 、 吸塵器。
• 電子產品： 光碟硬碟等轉動裝置 、 手機 、 相機 、 液晶投影設備的風扇。
• 機械裝置： 渦輪機械 、 暖通空調 、 割草機和農業機械 、 排氣系統 、 馬達。

延 伸 閱 讀

• 隔音建築材料開發必備工具：從CAE模擬找到最佳材料解 – Actran
• 變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran
• 電動車噪音 – 通用汽車向中高頻前進！
• 窗簾設計新科技：降低噪音1套軟體就搞定 – Actran
• 電子電聲產業Acoustic solution – Actran
• 鐵路噪音解決方案 – CAE軟體Actran
• Actran 2024.1新功能 聲學Acoustic解決方案
• Actran協助富士康優化Loudspeaker設計
• 透過Actran分析新型風扇的氣動噪音
• Actran創建AVAS揚聲器聲學模型 
• 中華汽車透過Actran進行噪音之聲源估算和響應驗證
• Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器
• Actran SEA解決太空發射器飛行的結構聲學疲勞
• Actran 聲學解決方案研討會
• Actran聲場分析 2023第二季培訓課程 
• Avio使用MSC Nastran和Actran確保太空發射器的結構可靠度
• 第二屆 2023 Actran聲學應用大賽
• CAE軟體 – Actran 進行噪音分析
• Actran SNGR 解決複雜的流場 聲學 問題
• 馬達噪音優化 – 解析如何利用Actran進行噪音優化
• Actran 2021 新功能發布要點！
• NVH分析 – 利用Actran輔助車身地板阻尼優化

這篇文章 聲學模擬、NVH、智慧製造設計解決方案 – Actran 最早出現於 星恆科技有限公司。

AVL PreonLab CAE軟體 在洗碗機的設計中能做到?

工程師可以透過 CFD 模擬分析和優化洗碗機設計的許多方面，包括：

優化噴嘴：

了解改變噴嘴幾何參數（尺寸、形狀、位置、數量）對整體噴霧效果的影響，以確保最佳的水分佈和清潔效率。

改進洗碗籃和架子設計：

通過有效利用內部空間來提高洗碗機的容量，例如改變洗碗籃的設計以增加餐具容納量，並優化其放置位置以增加洗碗架的總數。

分析葉輪和管道系統中的流體流動：

模擬洗碗機內部組件（如葉輪和管道系統）中的流體流動，以提取有關流體量、速度以及不同運行條件下這些組件內流體所施加的力的資訊。

優化餐具排列：

從客戶的角度來看，了解洗碗機內餐具的最佳排列方式，以確保常用餐具的最佳清潔效果。製造商可以通過模擬獲得這些資訊，並向客戶提供最佳實踐建議。

SPH和PreonLab的特別優勢是什麼？

• PreonLab CAE軟體 是一款領先的基於粒子的模擬工具，其基於平滑粒子 流體動力學（SPH）方法的PREON®技術，特別適用於涉及自由表面流動的模擬。
• 無網格特性：
  PreonLab的無網格特性消除了在每次設計變更迭代後對複雜幾何體進行網格劃分的需要，從而節省了大量時間和精力。
• 一體化工具：
  PreonLab是一個一體化工具，可以處理從幾何體導入到模擬設置、後處理和渲染的所有模擬方面。
• 高性能：
  PreonLab支持CPU和多GPU上的模擬，以確保最佳的模擬性能。其獨特的隱式公式增加了SPH的固有性能優勢，並允許使用較大的時間步長（CFL 1）進行模擬，而不會影響穩定性。
• Python API（PreonPy）：
  PreonLab配備了基於Python的API（PreonPy），允許用戶加載和保存場景、更改屬性、運行模擬和獲取統計資訊，這對於創建多個模擬變體非常有用，由於操作條件、噴嘴幾何形狀、噴臂運動學、流體特性或餐具和碗碟架佈置的變化，創建多個模擬變體可能是必要的。

AVL PreonLab CAE軟體 中的模擬和後處理

• 洗碗機模擬：
AVL PreonLab 可以進行單相和多相模擬，以分析水流和污垢去除。

影片 1 展示了 PreonLab 中單相模擬的一個範例。代表水的流體粒子從噴臂噴嘴噴出，並將水噴灑在固體餐具上。模擬結果使用內建的 PreonRenderer 渲染。

此外，還可以進行多相模擬來分析污垢去除。可以利用牛頓和非牛頓材料特性來模擬餐具上的食物殘渣，並研究洗碗機的清潔效率。

影片 2 展示了模擬中水刀如何清除沉積在某些盤子上的番茄醬狀和南瓜湯狀殘留物的範例。

• 可以獲得哪些見解？

• 濕潤感測器：用於分析噴嘴形狀和方向對水分佈的影響。

• 剛體求解器：模擬噴臂與水之間的相互作用。

• 濕潤感測器和力感測器：用於分析餐具的濕潤程度和剪切力分佈，以確保清潔效率和避免損壞。

• 水坑形成：預測餐具中殘留的液體量，並優化籃子設計或餐具放置。

• 共軛熱傳遞（CHT）：分析清洗過程的熱力學，例如熱水射流對餐具的溫度影響。

  總結  

AVL PreonLab CAE軟體的廣泛模擬和後處理功能使其能夠分析和優化洗碗機設計和清潔效率的各個方面。其高效的求解器程式碼、無網格要求、多平台支持和便捷的Python API（PreonPy）加速了模擬工作流程，並允許用戶快速模擬各種設計和操作條件。

星恆擁有可靠的技術與人才，有任何相關問題都歡迎來信或來電討論指教，幫您量身打造符合需求的解決方案。

想 更 清 楚 的 了 解 從噴嘴到排水系統：PreonLab助力洗碗機全流程設計模擬   ，歡 迎 來 電 (02)2712-8448 或是 來 信。

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AVL Preonlab 的優勢

AVL Preonlab 是一款無網格的 CFD 分析工具，不受限於複雜的前處理過程、或是移動網格的生成手法，對於涉及複雜幾何與動態過程的模擬具有先天的優勢，重要功能特色有以下幾點：

◆ 連續粒子尺寸設置 (Continuous Particle Size, CPS)

◆ 壁面粒子細化功能

◆ 基於 Keyframe 功能的運動規律定義

◆ 通過後處理傳感器 (sensor) ，進行受力、液體分佈、濕壁位置等分析

◆ 基於 Preonlab 的 python API：PreonPy，提升建模與後處理的效率

◆ Preonlab 可以輸出真實感的渲染效果動畫

Advantages of Using PreonLab

PreonLab is a meshless CFD analysis tool that avoids the complexities of traditional preprocessing or the generation of moving meshes. It is particularly advantageous for simulating scenarios involving complex geometries and dynamic processes. Key features include:

◆ Continuous Particle Size (CPS): Enables flexible particle size configurations for enhanced simulation accuracy.

◆ Wall Particle Refinement: Allows detailed resolution near walls for more precise results.

◆ Keyframe-Based Motion Definition: Facilitates the intuitive setup of motion patterns.

◆ Post-Processing Sensors: Analyze forces, liquid distribution, and wet wall locations using embedded sensors.

◆ Python API (PreonPy): Boosts modeling and post-processing efficiency with scripting capabilities.

◆ Realistic Rendering Animations: Outputs high-quality, realistic animations for better visualization.

AVL PreonLab的運作方式

與傳統的計算 流體動力學 ( CFD ) 不同，PreonLab 的模擬採用無網格技術。這不僅簡化了模型的建立過程，也在模擬牛頓流體和非牛頓流體時提供了快速且高效的處理時間。不論您是進行趨勢分析還是尋求精準的預測，PreonLab 都能滿足需求。

在軟體開發過程中，易用性一直是特別重要的考量。因此，PreonLab 被設計成讓每位用戶只需稍加培訓便能直覺地應用於日常工作中。

How PreonLab Works
In contrast to classical CFD , the simulations in PreonLab are meshless. This not only simplifies model creation. It gives you short and powerful turnaround times when simulating Newtonian and non-Newtonian fluids. Regardless of whether you want trend analysis or precise predictions.

Ease of use was and still is particularly important in the development of the software. Thus, it was designed so that every user can use it intuitively in his daily work with a little training.

The goal has always been: to make development as efficient as possible without compromising on the quality of the results.

• 延伸閱讀
  • 電泳優化 (下)
  • 電泳優化 (上)
  • PreonLab光滑粒子分析 CPS與自適應細化功能應用
  • AVL PreonLab 5.1 Release
  • AVL PreonLab 無網格CFD模擬技術
  • 新版 PreonLab 5.1 發布: 更貼近真實應用
  • 新版PreonLab 5.2 無網格光滑粒子流場分析

這篇文章 從噴嘴到排水系統：PreonLab助力洗碗機全流程設計模擬 最早出現於 星恆科技有限公司。

我們專注於直面挑戰，提供強大且創新的解決方案，確保每一項技術都經過精心優化，以實現卓越的品質與性能。

探索我們的解決方案，了解如何為您的創新提供強勁動力！

Material exploration：透過電化學與機械性質模擬優化電池設計

電動車電池 的材料選擇與製造工藝對其性能、安全性和壽命具有關鍵影響。從電極成分到微觀結構的優化，每一個元件與製程步驟都決定了電池的整體效率。因此，深入理解並精確調整這些因素，對於推動電池技術進步與滿足高效能儲能需求至關重要。

Digimat 提供突破性的模擬平台，能同時分析電池的電化學與機械性質。該工具考慮了電池各組件的多樣材料特性與製造過程的複雜性，使 CAE工程師 能夠精確設計最佳解決方案。其虛擬測試與性能優化能力，不僅能縮短開發週期、降低成本，還能幫助製造商以更高的信心推動創新。

透過與Fraunhofer ITWM合作，Digimat整合了「電池與電化學模擬工具」(Battery and Electrochemistry Simulation Tool , BEST)，進一步強化電化學模擬功能。BEST 能夠精確建模離子傳輸、導電性與過電位等關鍵現象，幫助工程師優化電池設計，在提升性能的同時，大幅減少傳統試錯實驗的成本與時間。

MSCOne 解決方案

• Digimat-FE：數位化材料，深入理解以加速其開發
• HxGN Digital Materials：釋放材料潛能，推動創新發展

Thermal management：熱管理優化電池性能

電動車電池熱管理對於電動車的性能與安全至關重要，將電池維持在理想溫度範圍 20-30°C，可確保高效運行、穩定功率輸出，並減少電池老化。然而，過高的溫度會縮短電池壽命，甚至導致熱失控，增加爆炸風險。因此，設計高效的熱管理系統越來越受到重視，這會需要多物理場模擬工具（如CFD計算流體力學工具與1D系統建模）進行輔助開發，藉此優化電池性能。

這些模擬工具可快速評估設計選項與運行場景，確保系統性能的可靠性，模擬不僅降低開發成本，還能在設計初期排除低效方案，減少對實體原型機的依賴。高精度的CFD模擬，結合廣受認可的電化學電池模型（如P2D Doyle-Fuller-Newman模型或高效的等效電路模型），能夠準確預測熱產生、熱傳播及冷卻系統性能。

此外，透過FMI（Functional Mockup Interface），可與來自第三方的FMU（Functional Mockup Unit）進行整合，進一步提升電池模型的準確性。這些模擬技術可在系統層級進行最佳化，例如在不影響性能的前提下降低重量，且無需破壞電池原型或搭建昂貴的專業測試設備。

MSCOne 解決方案

• Cradle CFD：熱流體模擬，整合電池電化學分析
• Elements：1D 系統建模，支援與 3D CFD 的 FMI/FMU 耦合
• CoSim：多物理場聯合模擬

Battery safety：電池安全性

電動車電池安全性是全新電池模組/電池包設計過程中必須儘早評估的關鍵因素，在這一階段，模擬技術成為強大的工具，幫助設計師快速分析並應對熱失控等嚴重問題。

熱失控指的是電池單元進入自發加熱狀態，可能引發熱鏈反應，迅速擴散至鄰近電池單元，進而影響整個電池模組/電池包，對乘客構成潛在的生命威脅。與其進行昂貴且危險的物理測試，不如利用 CFD（計算流體力學）分析來高效模擬熱失控的傳播過程。這些模擬可基於加速速率熱量計（ARC）測試數據，準確考量電池單元的實際物理特性，以精確模擬熱失控狀態下的熱量產生與傳播行為。

在確定電池單元特性後，即可針對不同的電池模組/電池包設計與各種熱失控情境進行模擬分析，評估影響範圍與溫度分布，並幫助設計有效的防護措施，以降低傳播風險，減少對車輛與乘客的潛在危害。

MSCOne 解決方案

• Cradle CFD：熱流體模擬，整合電池電化學分析
• CoSim：多物理場聯合模擬
• Marc：針對非線性結構與熱管理的通用解決方案

Durability and integrity：電池耐用性與安全性

電動車電池不僅是車輛的動力來源，也是成本最高的元件。此外，全球各地的法規要求車廠為電池提供長達10 年的保固，使電池的耐用性承受極大壓力。電池召回不僅成本高昂，還可能損害消費者對整個車系的信任，不僅限於受影響的車型。因此，及早發現潛在設計缺陷至關重要，而廣泛應用模擬技術便是關鍵解方。

透過模擬技術，即使在尚未製造實體原型前，也能讓電池經受最嚴苛的振動與溫度變化測試，快速識別熱點與薄弱連接點，並及早採取補救措施，以防止實際問題發生。

早期設計探索也能確保這一關鍵元件的安全性，無論是機械衝擊（例如來自車底的撞擊），還是熱管理（例如最佳化排氣閥的數量與位置），都能透過模擬技術進行最佳化，確保電池系統的可靠性與安全性。

MSCOne 解決方案

• CAEFatigue：普及化的疲勞分析技術，讓更廣泛的工程師能夠高效進行電池耐用性評估
• MSC Nastran：通用的結構模擬解決方案

System level integration：整合式設計，提升性能與效率

電動車電池為電動車等複雜系統提供動力，而系統的整體性能取決於各子系統之間的互動。因此，系統級整合是早期設計階段做出正確決策的關鍵，能夠加速開發週期並提升設計效率。

在整合式設計 Elements 平台中，您可以將電池、電氣系統、控制、熱管理、機械、液壓等多個物理領域整合到單一模型中。這些模型能夠在數秒內運行完整的駕駛循環測試，讓您能夠快速模擬多種情境，找出符合需求的最佳參數組合。

當元件設計完成後，您還可以將來自 Adams 和 Cradle CFD 的 FMU（Functional Mockup Unit） 整合至 Elements，進行設計驗證，確保系統在不同條件下的穩定性與可靠性。無論是開發初期的概念設計，還是後期的系統驗證，Elements 都能滿足您的系統整合需求，讓開發流程更加順暢高效。

MSCOne 解決方案

• Elements：1D 系統建模，支援與 3D CFD 的 FMI/FMU 耦合
• Cradle CFD：熱流體模擬，支持FMI/FMU耦合
• Adams：多體動力學模擬

Manufacturing：電池製造

電動車電池製造涉及從單個電芯到完整電池模組的多個階段，每個元件與子組件都必須經過精密設計，以確保在複雜系統中穩定運作。此外，多個精密製造步驟對於電池系統的品質、可靠性與性能具有重要影響。

製造流程模擬在優化零件幾何形狀與製造工藝方面發揮關鍵作用，不僅能夠提升品質與效率，還能夠預測並減少缺陷、管理熱應力問題，並有效降低成本。透過模擬金屬成形、接合、箔材焊接、電池殼體焊接、導體焊接、模組外殼組裝等製程，製造商能夠提升產品質量、優化生產流程，並加速規模化與自動化，最終降低材料浪費，並加快高性能電池的交付速度。

MSCOne 解決方案

• HxGN Virtual Manufacturing：製造流程模擬解決方案，提升製造精度與效率
• Marc：通用製造應用解決方案，支援多種製造技術與工藝

Cell inspection：電池檢測與開發

在汽車及其他電氣化車輛（EV）中，電池是最昂貴且攸關安全的關鍵元件，同時對車輛續航力影響最大。如果電池品質不佳，可能會導致快速衰退，影響使用壽命與安全性。目前，市面上最常見的電池技術是鋰離子電池（LIBs），其結構完整性必須透過最先進的電池檢測技術來確保最高可靠性。此外，消費電子產品對於高能量密度電池的需求更為嚴苛，近年來的事故更突顯了確保電池安全性的必要性。

除了成熟電池技術的生產，電池研發（R&D）也是熱門領域，研究挑戰涵蓋從電池設計到元件微結構分析等多個層面。科學家們正致力於優化鋰離子電池的陽極與陰極材料，同時探索全固態電池等新概念，由於這些技術仍處於開發階段，其內部結構尚未確立，仍需進一步研究與驗證。

透過電腦斷層掃描（CT Scan），可對 18650 鋰離子電池 進行虛擬切割，以深入分析其內部結構，特別是陽極懸垂（Anode Overhang）區域。此技術可非破壞性地檢測電池內部的結構完整性，評估陽極與隔離膜的對齊情況，並識別可能影響電池性能與安全性的缺陷，例如材料分層、電極錯位或應力集中區域。

這項高精度分析有助於優化電池設計、提高製造質量控制，並最終提升電池的壽命、效率與安全性。

Hexagon 解決方案

• 電池陽極懸垂分析（Anode Overhang Analysis）

MSCOne 全方位解決方案 (Token制)

MSCOne 集結了最先進的分析軟體，使用 Token ，您可以更彈性地探索無限可能，不再局限於單一軟體，各領域的整合與同步進行已經是現在的趨勢。

Equip your organisation with the flexibility to allocate simulation resources to any team or site, giving you greater agility to respond to engineering priorities.

MSCOne offers designers and engineers a smarter way to access a huge array of world-class CAE simulation software all from one flexible, subscription-based platform.

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MSC MSCOne 提供 CAE工程師 需要的各種分析軟體，並能利用 Token 靈活切換使用。

加入 MSCOne 的優勢：

• 加速優化：利用以前沒有購入的軟體，帶給產品更好的進步

Accelerate innovation in your product line by taking advantage of simulation solutions that your company did not have access to previously.

• 提高生產力：建立一個靈活的分析環境，讓您的分析軟體隨著產品的階段而不同

Improve productivity and create a flexible environment, as your project and CAE needs mature or change.

• 降低財務風險：因應您的工程需求可以靈活分配使用量，且更靈活的響應工程優先事項

Reduce financial risk with the ability to increase or decrease capacity as your engineering needs change.

• 降低成本：原本因為預算考量或需求量不大而不能使用的軟體，都可以開啟並使用

Reduce cost and access infrequently used CAE applications that might otherwise be difficult to justify commercially. Consolidate your CAE software suppliers to most effectively stretch your limited budget.

可以使用的不單只有 MSC 的軟體，也包含了來自各方合作夥伴的工具 ，其目的就是為了提供使用者最靈活最經濟的方案 ，可以租用短期 Token ，也可以買斷永久 Token 。

假 如 您 是 以 下 狀 況 及 人 才， 那 麼 您 更 值 得 使 用  MSCOone 

• 大型企業
• 中小企業預算有限或工作繁重的工程師
• 多學科(領域)工程師
• 解決整合性問題
• 專案經理/師 PM
• 執行 CAE工程師
• 技術人才

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延 伸 閱 讀

• 電動車電池 安全性與效能 – MSCOne
• MSC 透過 Token 制度整合的分析平台 MSCOne

這篇文章 頂尖電池製造商都在用CAE?淺談電動車電池設計 CAE工程師必看 最早出現於 星恆科技有限公司。

兩個相鄰的房間之間有 4 個交叉點，每個交叉點有3條側向傳遞路徑，總共有12條側向傳遞路徑。這些能量波在通過交叉點時會衰減，衰減程度取決於減振指數 Kij。

ISO 10848 定義了一種通過測試來測量 Kij 的方法，然而這個過程既漫長、枯燥，又相當昂貴。具體來說，首先建造兩個房間之間連接處的全尺寸模型，使用敲擊錘敲擊第一個房間的牆壁，並在測量激勵牆壁的同時，測量連接處另一側房間接收牆壁上的振動，以確定速度水平的差異。

接著，透過激勵另一側房間的牆壁，將整個過程反向進行，以全面分析兩側的傳播行為。這樣的測試能夠更精確地評估聲音在結構中的傳播特性，但由於其複雜性，耗費的時間和資源也相應增加。

兩個方向速度差的平均值可用於計算 Kij，Kij為一個衡量結構中聲音傳播性能的關鍵參數。此外，為了設計符合聲學要求的建築系統，製造商必須評估其產品在各種不同連接點上的表現，不同的結構接點都需要逐一進行測試和驗證。每次測試後，結構的接點需要被拆除並重建，以確保測試過程的精確性和可靠性，由於每個接點的測試都涉及到實體模型的搭建與拆除，這使得整個評估過程耗時且成本高昂，對製造商來說也是一項巨大的挑戰。

挑戰

由於實體測量所需的高成本和時間，建築師和聲學顧問通常使用 EN 12354 標準中的經驗公式進行估算，這些公式將 Kij 作為一個函數來計算，而這個函數中的關鍵變量是 M，M 被定義為：

其中  為傳遞路徑ij中元素i的單位面積質量， 為垂直單元的單位面積質量，單位為公斤每平方公尺。

比利時建築研究所（BBRI）的研究人員在實驗室中對大約 185 個不同的結構接點進行了 Kij 的測量，並將結果與 EN 12354 標準中的預測公式進行了比較。結果顯示，實測值與預測值之間存在差異。值得一提的是，測量結果顯示Kij 隨著表面質量比的增加而增長的速度比 EN 12354 公式預測的要快。

因此，BBRI 的研究人員提出，使用特徵矩陣阻抗比 A 而不是質量比 M，能夠更準確地估算 Kij。他們提出了一個新的公式，將 A 作為衡量 Kij 的關鍵變量，用於改進聲音傳播性能的預測。

其中，與分別為垂直於平面i的表面質量與彎曲剛度。與分別為平面i的表面質量與彎曲剛度。

BBRI 的研究人員需要準確模擬在各種牆體屬性下的噪音傳播，以驗證他們提出的新公式，由於實體測試的成本過高且耗時過長，公司需要依賴數值模擬來精確預測 Kij，並對新經驗公式進行交叉驗證。這種數值模擬必須能夠涵蓋多種不同的建築結構，並提供可靠的結果，以支持新公式在不同情況下的適用性和準確性，從而有效取代傳統的實體測試方法。

(根據ISO 10848的測試畫面)

解決方案/驗證

「我們使用 Actran 來模擬直線和角落的傳遞，因為 Actran 在聲學分析的廣泛應用已足夠證明可以提供準確的聲學結果，而且操作流程非常簡單易上手。」

———————————BBRI 實驗室負責人 Charlotte Crispin 表示。

BBRI 的研究人員首先驗證 Actran 預測典型工況的能力，並搭建一個測試裝置，該裝置由兩個聲學單元之間安裝剛性 T 型接點組成，垂直牆體由磚砌而成，中間被垂直的中空板分隔。根據 ISO 10848 標準，對該系統的 Kij 進行了測量。這樣的測試不僅驗證了 Actran 的準確性，還展示了其應用於建築聲學領域的廣泛潛力。

BBRI 的研究人員隨後在 Actran 中建立了測試設置的模型，其中牆體和地板被表示為各向同性的固體材料。研究人員依次在兩面牆壁和地板上施加了五個動態點載荷。Actran 計算從 50 Hz 到 3150 Hz 的法向均方根速度（NMSV）。結果顯示，激勵表面和接收表面之間的方向平均速度水平差與實體測量結果之間的關聯良好。 這表明 Actran 在模擬噪音傳播和計算 Kij 方面具有高度的準確性和可靠性，並支持了其在預測建築聲學性能中的應用。

(Actran用於驗證的聲學結構模型)

在驗證 Actran 結果的準確性之後，BBRI 的研究人員利用該軟體對 T 型接點、X 型接點和 H 型接點進行了參數研究。他們將楊氏模量從 2e+9 N/m² 變化到 2.6e+10 N/m²，增量為 0.2e+10 N/m²。密度從 400 kg/m³ 變化到 2400 kg/m³，增量為 200 kg/m³。厚度從 60 mm 變化到 220 mm，增量為 20 mm，使用 Actran 腳本啟動連續計算並比較結果。

研究中還測試了三種不同的模型配置：線性插值順序的實心組件、二次插值順序的實心組件以及線性插值順序的薄殼組件。這項研究中啟動了超過 900 次計算。這些參數變化和模型配置的多樣化有助於全面評估各種結構配置下的噪音傳播特性，以驗證新公式的準確性和實用性。

結果

BBRI 的研究人員對現有的預測公式和新公式進行了評估，其中現有公式使用表面質量比，而新公式則使用特徵矩陣阻抗比。結果顯示，對於 T 型接點、X 型接點和 H 型接點的直線和角落傳遞，新公式能更準確地預測 Kij。這項工作表明，使用特徵矩陣阻抗比“A”而非表面質量比，可以更好地預測 Kij。 這一結果顯示，振動衰減的最佳預測方法是使用特徵矩陣阻抗比，因為在方向改變的過程中，只有矩陣和角速度能參與能量傳遞，這使得特徵矩陣阻抗比成為衡量噪音傳播的更合理指標。

(驗證研究中的測量和模擬結果)

(基於新公式(上)的Kij預測提供了更接近的匹配模擬結果與舊公式的比較(下) )

Belgian building research institute比利時建築研究所

BBRI（比利時建築研究所）是一家於 1960 年由比利時建築承包商聯盟創立的私人研究機構。其使命是為會員提供科學和技術研究，提供技術資訊、協助和諮詢，並推動建築行業的創新和發展。BBRI 的研究重點包括建築過程、建材以及可持續建設的各個方面。該機構擁有 230 名員工，在比利時擁有三個辦公地點。

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Actran 用 在 各 種 形 式 的 聲學 模型

• 標準和對流聲學 
• 分析車輛內外的聲響 
• 模擬聲音傳遞通過彈性牆 
• 預測孔洞介質的聲音吸收 
• 2D, 軸對稱和 3D 分析
• 耗散機制，例如黏熱損失和聲音吸收
• 非均勻平均流上的聲傳播和輻射
• 用複合材料模型模擬複雜的多層結構
• 直接響應和模態疊加方法
• 用於壓電材料的主動結構模擬
• 複雜流動和溫度梯度等異質性
• 基本諧波分析
• 平面、球面和柱面波源以及入射平面波對管道的激發
• 不連續 Galerkin Method
• 暫態 CFD 後跟隨著聲輻射
• 黏熱元素，用於模擬薄空氣層或細管的
• 準確建立襯墊模型，包含流動效應  (Myers-Eversman formulation) 
• 由入射聲導管modes定義的激發

Actran 常 見 應 用 的 產業

• 航太： 經過駕駛艙和機身 、 發動機短艙內襯 、 機身和駕駛艙絕緣 、 ECS（環境控制系統） 、 APU 和 ECS 入口和出口消音器 、 後緣 、 聲納 、 直升機渦輪噪聲 、 起飛時火箭有效載荷的隨機動態響應的聲音傳輸 、 聲納。
• 車輛： 動力總成 、 裝飾設計 、 風噪聲 、 發動機部件 、 壓縮機 、 進氣歧管 、 空氣濾清器 、 閥蓋 、 擋板 、 電動機 、 揚聲器 、 消聲器 、 輪胎噪聲 、 消音器 、 高壓分配管道 、 馬達 、 齒輪箱。
• 消費品： 電話 、 免提電話通訊 、 耳機 、 揚聲器 、 助聽器 、 樂器 、 洗衣機 、 冰箱 、 吸塵器。
• 電子產品： 光碟硬碟等轉動裝置 、 手機 、 相機 、 液晶投影設備的風扇。
• 機械裝置： 渦輪機械 、 暖通空調 、 割草機和農業機械 、 排氣系統 、 馬達。

延 伸 閱 讀

• 變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran
• 窗簾設計新科技：降低噪音1套軟體就搞定 – Actran
• 電子電聲產業Acoustic solution – Actran
• 鐵路噪音解決方案 – CAE軟體Actran
• Actran 2024.1新功能 聲學Acoustic解決方案
• Actran協助富士康優化Loudspeaker設計
• 透過Actran分析新型風扇的氣動噪音
• Actran創建AVAS揚聲器聲學模型 
• 中華汽車透過Actran進行噪音之聲源估算和響應驗證
• Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器
• Actran SEA解決太空發射器飛行的結構聲學疲勞
• Actran 聲學解決方案研討會
• Actran聲場分析 2023第二季培訓課程 
• Avio使用MSC Nastran和Actran確保太空發射器的結構可靠度
• 第二屆 2023 Actran聲學應用大賽
• CAE軟體 – Actran 進行噪音分析
• Actran SNGR 解決複雜的流場 聲學 問題
• 馬達噪音優化 – 解析如何利用Actran進行噪音優化
• Actran 2021 新功能發布要點！
• NVH分析 – 利用Actran輔助車身地板阻尼優化
• 電動車噪音 – 通用汽車向中高頻前進！

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什麼是 BC Mesh boundary condition ?

BC Mesh 邊界條件的使用情境包含：

1. 讀取結構分析軟體（如 Actran、Nastran、ANSYS、Abaqus…等）計算求得之 結構振動 數據。
2. 映射振動場至 聲學 網格，以便進行聲學分析。

• 採用弱耦合（Weak Coupling）方式，即流體對結構無反作用。
• 適用於自由場中的輕質流體，確保計算的合理性。

3. 計算 聲學 傳播，模擬聲音在空間中的傳遞特性。

透過 BC Mesh 邊界條件，可以有效地將 結構振動 數據轉換為 聲學 輸入，進一步進行聲場分析與噪音預測。

變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran 分析執行步驟

• 優先透過更為精緻的網格，求得變速箱的 結構振動 數值，再使用較粗略的耦合面網格，包覆環繞結構。
• 建立並指定該耦合面網格為 BC Mesh，將振動數值映射到聲學網格上。
• 定義無限流場與有限流場的幾何對象，即可透過振動數值求得變速箱在自由聲場中的聲學輻射結果。

什麼是 Direct Frequency Response Analysis (DFR) ?

直接頻率響應分析，是一種用於求解結構或機械系統在穩態強迫振動條件下響應的數值分析方法，這種方法主要應用於振動分析、聲學分析和動態載荷預測，特別是在航空、汽車、機械和電子設備設計中。當系統受到諧波載荷（Harmonic Load）作用時，DFR在頻率域中計算不同頻率下的結構響應，不需要進行模態降階。

直接頻率響應分析透過求解整個模型的阻尼耦合方程式，得到每個頻率的載荷引起的結構或聲學響應。

其中，M是系統的質量矩陣，C是阻尼矩陣，K是剛度矩陣，F(ω)是載荷的頻率函數，x(t)是系統的時域振動位移。對於簡諧運動而言，系統的時域振動位移可以假設為：

可將前一個方程式簡化為：

Actran 可以快速的指定使用直接頻率響應分析，進行複數運算求解，即可以得到指定頻率下對應的結構響應值。

Actran後處理可以看到什麼 聲學 結果?

1. 頻響函數 (輻射聲功率)

2. 聲學 指向性

3. 聲壓級分佈圖

當然， Actran 的後處理不只有以上三種結果可以給工程師們參考，也不只能應用 變速箱的聲音輻射 中，若想進一步了解詳細內容，有關於如何操作 Actran 、聲學分析的背景知識、分析結果怎麼看，或是 Actran 針對各種不同產品的應用面，歡迎聯絡星恆科技有限公司。

變速箱的聲音輻射 – CAE軟體Actran 後續研究方向：

• 研究其他方向上的聲波傳播與方向性
• 增加聲屏障（例如覆蓋罩）
• 考慮地面（半自由場）及其吸收效果

聲音輻射 聲學輻射 是什麼?

聲音輻射（Sound Radiation）是指物體因振動而將聲波傳播到周圍空氣或其他介質中的現象。當物體受到外力作用或內部振動時，會產生聲波，這些聲波透過空氣、水或固體傳播，形成 聲音輻射 。

Sound radiation refers to the phenomenon where a vibrating object transmits sound waves into the surrounding air or other media. When an object experiences external force or internal vibration, it generates sound waves that propagate through air, water, or solids, forming sound radiation.

聲源類型

聲源可是固體，如音叉、琴弦、揚聲器的振膜等；也可是振動的流體，如哨、笛、噴注和爆炸等。雷暴、風浪、氣流、動物的發聲器官等是自然界的聲源。各種樂器、揚聲器是製造的聲音來源。振動的機器、機動的交通工具是日常生活中的噪音源。從能量的觀點來看，聲音輻射是把機械能、電能、生物能等各種形式的能量轉化為聲能的過程；而聲源是實現這個過程的物體。把電能轉換為聲能的聲源稱為電聲換能器，有壓電式、磁致伸縮式、電動式、電磁式和靜電式等換能器。把流體動能轉換為聲能的聲源稱為流體動力式換能器。常見的流體動力換能器有旋笛、哨等。

Sound sources can be solid objects, such as tuning forks, guitar strings, and speaker diaphragms; or they can be vibrating fluids, such as whistles, flutes, jet sprays, and explosions. Natural sound sources include thunderstorms, waves, airflow, and the vocal organs of animals. Various musical instruments and loudspeakers are manufactured sources of sound, while vibrating machinery and motorized vehicles are common noise sources in daily life.

From an energy perspective, sound radiation is the process of converting various forms of energy—mechanical, electrical, biological, etc.—into sound energy, and the sound source is the object that carries out this conversion. Sound sources that convert electrical energy into sound energy are known as electroacoustic transducers, which include piezoelectric, magnetostrictive, electrodynamic, electromagnetic, and electrostatic transducers. Meanwhile, sound sources that convert fluid kinetic energy into sound energy are referred to as fluid-dynamic transducers, with common examples being reed instruments and whistles.

聲音輻射 聲學輻射 理論

聲音輻射 / 聲學輻射 最主要的性質是其產生的音場的性質，如音場的頻率、強度和空間分佈等。許多 聲音輻射 / 聲學輻射 的空間分佈具有方向性，即在某些方向輻射的聲能很強，而在其他方向較弱，稱為聲輻射的指向性。指向性是由聲源上各點的振動所產生的波傳到接收點時以不同的相位疊加的結果。球對稱的脈動小球向各個方向的 聲音輻射 相同，沒有指向性，稱為簡單聲源。嵌裝在剛性平板上的揚聲器在其正前方的聲音輻射最強，稱為主瓣。隨著偏離主瓣對稱軸的角度的增加，聲輻射減弱。頻率較高時，活塞的直徑比聲波的波長大，聲輻射在一定的角度出現次極大，稱為旁瓣。頻率越高，活塞越大，主瓣越尖銳，旁瓣越多。反之，尺度比波長小得多的聲源的聲輻射指向性很弱，主瓣很寬，輻射均勻，通常沒有旁瓣。不同的應用場合需要不同的指向性，控制聲音輻射的指向性是聲音輻射研究的重要內容。

聲輻射的另一個性質是聲源輻射的效率，即聲源振動的能量中有多大的比例轉化為聲能，這取決於聲源和介質的相互作用，由兩者的性質共同決定

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B.M.S. 科技與管理學院是印度班加羅爾的一所自治工程學院，隸屬於 Visvesvaraya 科技大學。該學院提供多種專業工程課程，包括機械工程、電腦科學、電子與通訊，以及人工智慧和機器學習等領域。該機構的學生針對 百葉窗 ，包含百葉窗的表面傳播的 噪音 模式進行深入的研究。

百葉窗是一種兼具美觀、功能性與實用性的窗飾，廣泛應用於居家、商業空間與辦公場所。其設計由多片可調節的葉片組成，可根據需求調整光線、通風與隱私性，為使用者帶來極大的便利。

百葉窗 的主要特點

1. 遮光與透氣性：透過調整葉片角度，可以靈活控制室內光線，讓空間保持明亮或避免陽光直射，同時確保空氣流通。
2. 隱私保護：適當調整葉片，可有效阻擋外界視線，提供更好的隱私性，特別適合臥室、浴室及辦公室使用。
3. 材質多樣化：百葉窗可選擇木質、鋁合金、PVC、竹製或布藝等不同材質，適應各種裝潢風格與使用需求。
4. 易於清潔與保養：相較於傳統布簾，百葉窗不易沾染灰塵，且清潔時只需用抹布擦拭即可保持整潔。
5. 節能與隔熱：高品質的百葉窗具備良好的隔熱與節能效果，可降低空調使用率，提升居家環保效益。

百葉窗不僅能提升空間的設計感，更能滿足現代人對於舒適、便捷與隱私的需求，是理想的窗簾選擇之一。

該團隊熱衷於研究不同窗戶與百葉窗配置的聲音衰減效果。透過Actran能夠研究百葉窗配置中的聲音衰減，並分析其與百葉窗數量、角度方向以及所用塗層材料等參數之間的相對關係。

使用 Actran 分析材料特性和聲音衰減

研究團隊選擇使用數值方法研究聲壓級在 百葉窗 結構上的衰減，這是一個關鍵的聲學挑戰。電腦模擬是使用 Actran 進行的，這是一款基於有限元素法的計算輔助工程 (CAE) 軟體，專門用於模擬機械系統和部件的聲學行為，是聲學分析的黃金標準。有限元素法不僅可以精確模擬複雜的噪聲源，還能在同一個模型中結合多種材料進行分析，並處理數百萬自由度的複雜結構。這樣的聲學分析對於理解和優化百葉窗的噪聲控制性能至關重要，有助於提升整體系統的聲學效率。

第一步是為模擬配置模型，模型設置包括在房間一側放置百葉窗，房間內設有一個麥克風，聲源則放置在房間外。聲源 (S) 和麥克風位置 (M) 固定，且與其他變量無關，麥克風位置與盒子的中心高度一致 (Y/2)。百葉窗繞其中心旋轉，A 和 B 的值在所有情況下分別為 0.5 米和 1 米。團隊測量了頻率範圍從 100 Hz 到 6000 Hz、每 50 Hz 間隔的聲壓級，並對 6 和 12 片百葉窗的不同配置進行測試。百葉窗角度從 0° 到 90°，每次以 15° 為步長進行調整。相應的衰減數據被記錄下來，並使用 Actran 的內建功能計算了插入損失。記錄到的插入損失分別為 0.23%、5.25% 和 14.97%，對應於百葉窗角度為 30°、60° 和 90° 的情況。這樣的結果為研究百葉窗對聲音衰減的影響提供了關鍵數據，進一步強調了聲學設計在降噪系統中的重要性。

項目的第二部分涉及識別百葉窗表面最佳的吸音塗層材料。團隊使用了不同材料的塗層，這些材料均為多孔結構，並由天然纖維製成，如椰子纖維、香蕉纖維、玉米芯、黃麻和玉米秸稈。每種材料的特性各異，且具有不同的聲音衰減能力。這一研究有助於確定哪種天然纖維塗層能夠在百葉窗表面提供最佳的聲音吸收效果，進一步優化聲學性能並減少噪音傳播。

以下　使用 Actran 分析材料特性和聲音衰減　圖表

針對6片 百葉窗 配置的分析旨在了解百葉窗材料對 噪音 減弱的影響。測試結果顯示，在所有材料中，黃麻的噪音衰減性能最佳，表現出優越的降噪效果，優於其他測試的材料。這一發現表明，選擇適當的百葉窗材料對於優化噪音控制和提升聲學性能具有關鍵作用。

6片未塗覆吸音材料的 百葉窗 設置被視為基準案例進行比較。結果顯示，在 0° 角度時，聲壓級達到最大值，這是由於相鄰百葉窗之間存在較大的間隙。而在 90° 角度時，聲壓級最低，因為此時相鄰百葉窗之間的間隙最小，有效減少了通過百葉窗的聲音強度。

這表明百葉窗的角度調整對於聲音的衰減有顯著影響，尤其是在聲壓級控制方面，90° 配置具備更好的降噪效果。

多變量建模

借助 Actran 軟體的強大聲學分析功能，能夠在短時間內模擬多種變量，如 百葉窗 的數量、角度以及塗層材料的不同組合。通過這次經驗，工程師們對於在其他聲學場景中進行模擬的信心大增。 多變量建模 省時方便，妥善利用工具，創造更大價值。

“From the department of Mechanical engineering (BMSIT&M), big thanks to MSC for pioneering with software like Actran as it provides a unique experience for fresh learners by exposure to a plethora of scientific methods and yet keeping it distinctly user friendly.” Said Dr Avinash Govindaraju, Assistant Professor, BMSIT.

此外，團隊還在 2021 年於 NIT Silchar 舉辦的國際機械工程最新進展研討會（ICRAME）中，通過研究論文展示了他們的研究成果。

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Actran 用 在 各 種 形 式 的 聲學模型

• 標準和對流聲學 
• 分析車輛內外的聲響 
• 模擬聲音傳遞通過彈性牆 
• 預測孔洞介質的聲音吸收 
• 2D, 軸對稱和 3D 分析
• 耗散機制，例如黏熱損失和聲音吸收
• 非均勻平均流上的聲傳播和輻射
• 用複合材料模型模擬複雜的多層結構
• 直接響應和模態疊加方法
• 用於壓電材料的主動結構模擬
• 複雜流動和溫度梯度等異質性
• 基本諧波分析
• 平面、球面和柱面波源以及入射平面波對管道的激發
• 不連續 Galerkin Method
• 暫態 CFD 後跟隨著聲輻射
• 黏熱元素，用於模擬薄空氣層或細管的
• 準確建立襯墊模型，包含流動效應  (Myers-Eversman formulation) 
• 由入射聲導管modes定義的激發

Actran 常 見 應 用 的 產業

• 航太： 經過駕駛艙和機身 、 發動機短艙內襯 、 機身和駕駛艙絕緣 、 ECS（環境控制系統） 、 APU 和 ECS 入口和出口消音器 、 後緣 、 聲納 、 直升機渦輪噪聲 、 起飛時火箭有效載荷的隨機動態響應的聲音傳輸 、 聲納。
• 車輛： 動力總成 、 裝飾設計 、 風噪聲 、 發動機部件 、 壓縮機 、 進氣歧管 、 空氣濾清器 、 閥蓋 、 擋板 、 電動機 、 揚聲器 、 消聲器 、 輪胎噪聲 、 消音器 、 高壓分配管道 、 馬達 、 齒輪箱。
• 消費品： 電話 、 免提電話通訊 、 耳機 、 揚聲器 、 助聽器 、 樂器 、 洗衣機 、 冰箱 、 吸塵器。
• 電子產品： 光碟硬碟等轉動裝置 、 手機 、 相機 、 液晶投影設備的風扇。
• 機械裝置： 渦輪機械 、 暖通空調 、 割草機和農業機械 、 排氣系統 、 馬達。

延 伸 閱 讀

• 電子電聲產業Acoustic solution – Actran
• 鐵路噪音解決方案 – CAE軟體Actran
• Actran 2024.1新功能 聲學Acoustic解決方案
• Actran協助富士康優化Loudspeaker設計
• 透過Actran分析新型風扇的氣動噪音
• Actran創建AVAS揚聲器聲學模型 
• 中華汽車透過Actran進行噪音之聲源估算和響應驗證
• Actran幫助現代汽車設計行人警示揚聲器
• Actran SEA解決太空發射器飛行的結構聲學疲勞
• Actran 聲學解決方案研討會
• Actran聲場分析 2023第二季培訓課程 
• Avio使用MSC Nastran和Actran確保太空發射器的結構可靠度
• 第二屆 2023 Actran聲學應用大賽
• CAE軟體 – Actran 進行噪音分析
• Actran SNGR 解決複雜的流場 聲學 問題
• 馬達噪音優化 – 解析如何利用Actran進行噪音優化
• Actran 2021 新功能發布要點！
• NVH分析 – 利用Actran輔助車身地板阻尼優化
• 電動車噪音 – 通用汽車向中高頻前進！

這篇文章 窗簾設計新科技：降低噪音1套軟體就搞定 – Actran 最早出現於 星恆科技有限公司。

隨著移動和運輸系統的電氣化程度越來越高， 電動車電池 的設計和熱管理已經成為原始設備製造商和系統供應商的首要考量，他們希望在產品中提供頂級的安全性能，而電池的熱量生成與熱失控特性，則是影響電動車使用體驗與安全性的關鍵因素。

本篇內容將介紹基於MSC的多物理場分析技術，包括一維系統工具Elements和三維CFD熱流工具Cradle CFD，並針對新能源電池行業面臨的挑戰，提出電池熱失控的分析解決方案，並通過實例進行詳細說明。

認識MSCOne：Cradle CFD

Cradle CFD 作為多物理場計算流體動力學的高效工具，可以顯著提升設計、研究與製造的效率和生產力，以MSCOne的方式使用，更添加了許多彈性與整合。為了確保鋰電池達到最佳性能、安全性與使用壽命，鋰電池必須在特定的溫度範圍內運行。因此，電池系統的熱管理顯得尤為重要。此外，在模擬中對實際電池單元進行真實物理建模的成本非常高，這也對設計提出了不小的挑戰。

Cradle CFD 為電池熱管理提供了兩種模型選擇：RC模型和P2D模型。

電池的RC模型

RC模型提供了一種快速且準確的電池建模方法，是基於等效電路模型（Equivalent Circuit Model）的一種簡化方式，不需要對電池的物理細節進行精確建模。

核心原理：

RC模型利用簡單的電路元件，如電阻（R）和電容（C）的組合，來模擬電池的工作狀態及響應特性。

• 開路電壓（OCV）：作為模型中的基礎電壓來源，反映了電池在穩態下的電壓特性。
• 電阻和電容組合：多個電阻與電容串並聯組成的網絡，用來模擬電池的瞬態響應和熱行為。

優點：

1. 快速建模：不需深入了解電池內部的物理結構，只需參數化特性即可建立模型。
2. 準確預測：能有效地模擬電池在不同工況下的輸入與輸出功率，以及隨時間的熱生成響應。
3. 成本低廉：相較於多物理場仿真，RC模型的計算資源需求更低，適合進行大規模熱管理分析。

適用範圍：

RC模型特別適合需要快速預測電池性能的應用場景，如電動車動力電池模擬、大規模電池模組的熱管理設計以及初步方案驗證等。

電池的P2D模型

P2D模型（Pseudo-2D Model，擬二維模型）是一種基於物理方程的精細化電池建模方法，專注於模擬電池內部微觀尺度上的行為。

核心原理：

P2D模型結合了一系列物理方程，模擬電池內部的物理和化學過程，包括：

1. 固體中的電荷守恆方程：描述鋰離子在電極顆粒內部的傳輸行為。
2. 液體中的電荷守恆方程：模擬電解液中離子的遷移和分佈。
3. Butler-Volmer方程：計算電化學反應動力學，模擬電流密度與過電位的關係。
4. 固體中的擴散方程：模擬鋰離子在固體電極中的擴散過程。
5. 液體中的擴散方程：模擬鋰離子在電解液中的擴散行為。

特點與優勢：

1. 高精度：基於物理和化學機制，能夠精確預測電池內部的微觀狀態，包括鋰濃度分佈和電場特性。
2. 全方位分析：可模擬電池的充電速率、輸出電壓、熱量生成等多項性能指標。
3. 微觀解析：適用於研究電池內部材料行為和設計細節，幫助優化電池性能。

適用場景：

P2D模型特別適合需要高精度模擬的應用，例如：

• 新型電池材料的設計與開發。
• 鋰離子電池內部機制的深入研究。
• 高性能電池單元的精密熱管理和結構優化。

挑戰：

由於涉及多個複雜方程，P2D模型的計算成本較高，通常需要更多的計算資源和時間，適合用於精細化研究或高性能設計的後期階段。

認識MSCOne：Elements

Elements 是一款專為 1D 系統模擬設計的軟體，內建多學科元件庫，是一個功能強大的跨領域模擬工具，透過 Elements使用者能輕鬆建立高精度、多領域的模擬模型，快速進行設計方案分析，評估系統性能以及方案的可行性。

Elements 採用直觀的拖放式建模連接方式，讓多領域元件的建模變得更簡單，它涵蓋多種學科，使用者可以在單一軟體中建立複雜的跨領域模型，輕鬆解決機械、電氣、熱力、液壓、氣動等多種因素引起的系統級問題。

Elements 受益於海克斯康的 SmartFMU 技術，可以與其他海克斯康產品（如 Adams、Cradle、Easy5 等）無縫互聯。同時，Elements 也支援傳統 FMU 功能，其介面對非海克斯康工具完全開放。Elements 提供強大的模擬分析能力，能應用於機器人、能源、包裝與物流、汽車、航太、重型機械等領域的系統整合分析。

熱失控分析

針對熱失控的模擬挑戰，主要問題如下：

1. 熱失控是一個隨溫度升高而加速的過程，會釋放大量能量，進一步升高溫度。
2. 若單個電池過熱，可能導致熔毀擴散，最終破壞整個電池組。
3. 提早檢測熱失控非常重要。

本文針對上述問題，使用MSCOne，結合 Elements 與 Cradle CFD 的耦合模擬，提出解決熱失控模擬分析的方法。
透過 FMI 連接策略，電池模型的系統級建模使用 Elements，熱模擬則採用 Cradle CFD 的 scFLOW。Elements 根據 scFLOW 計算出的每個電池的溫度，動態計算其發熱量，並將每個電池的發熱量實時傳遞給 scFLOW，這種即時耦合方式，有效分析整個電池包在熱失控過程中的行為。

新能源電力電子系統的小型化對於溫控提出了更高的要求，主要挑戰包括以下幾點：

1. 高功率與小型化設計的熱管理
   隨著功率的提高和尺寸的縮小，必須進行有效的熱管理以應對高熱密度，確保系統穩定運行。
2. 印刷電路板溫度分布評估
   精確估算印刷電路板的溫度分布，並考慮元件由多種材料構成的特性，以防止過熱導致的元件故障。
3. 冷卻方法研究
   探討風扇、散熱器、水套等冷卻設備的有效性，找到最適合系統需求的解決方案，以提高散熱效率。
4. 水套冷卻效率與壓力損失評估
   在設計水套時，需評估其冷卻效率，同時考慮壓力損失，以及變速箱和變速器的熱效應對整體系統的影響。

這些挑戰要求針對性地採用先進的模擬與分析工具，以實現高效的熱管理和可靠的系統運行。

MSCOne：Cradle CFD可以做到的事：

1. PICLS 簡單快速地評估印刷電路板的熱設計
   PICLS 提供了一種高效且直觀的工具，用於快速驗證印刷電路板的熱設計效果，幫助工程師節省設計時間。
2. Cradle CFD 高效分析電子設備
   Cradle CFD 無需繁瑣的 CAD 模型清理，內建實用的熱設計零件，並且具有良好的操作性，大幅提升電子設備熱設計分析的便利性。
3. 模擬電力電子設備的溫度分布
   Cradle CFD 可以精準模擬電力電子設備（例如 IGBT 模塊）的溫度分布，確保設備運行在最佳溫度範圍內，提升性能與可靠性。
4. 評估冷卻能力
   Cradle CFD 可分析熱流，幫助評估風扇、散熱器或水套等冷卻設備的效能，提供更優化的冷卻設計方案。
5. 揭示熱路徑與瓶頸
   Cradle CFD 能清楚地揭示電力電子設備的熱傳路徑，幫助工程師快速定位熱流的瓶頸，改善熱管理設計。

文章擷取於 https://mp.weixin.qq.com/s/4lP-vs-LRVPMFnobGoUCyg

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