《南亚技术学院》word版

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1、南亞技術學院改進教學計畫成果報告＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊COMSOL電腦輔助工程分析之網路教材製作＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊計畫編號：教改進-98B-002計畫類別：¨(A)教具研發或改良þ(B)網路教材（含軟體設計）¨(C)教學媒體製作¨(D)教材編著執行年度：98年度執行期間：98年1月1日至98年12月31日計畫主持人：張志毅執行單位：機械系改進教學小組審查：¨同意結案¨不同意結案簽名：中華民國98年12月31日一、摘要電腦輔助工程分析為機械系日四技四年級以及夜四技汽車組三年級的必修課程，授課內容以介紹有限元素套裝軟體在工

2、程上的應用為主，其教學不以教授有限元素法的理論為目的，純粹希望介紹一套軟體，可以不用寫程式卻可以解決機械系學生在大學課程中，許多難以理論推導求解的問題，諸如材料力學、振動學與熱傳遞學的許多問題都可以透過軟體快速求得數值解。COMSOL為一套圖形介面的電腦輔助工程分析軟體，其操作方式不需要記憶指令，也無須鍵入指令，對初學者而言相對較容易入門，但是由於COMSOL進入台灣市場的時間較晚，坊間介紹COMSOL的書籍極少，僅有的兩本書籍也已相當老舊，原廠雖然可提供相當豐富的英文教材與應用實例，但其內容偏向學術且艱深，並不適合技職體系學生使用，因此亟需為本系學生編撰一

3、本適合本系學生的教材，以利學生順利學習本課程。二、前言電腦輔助工程分析(CAE)是現代化產品生產製造中不可或缺的一環，為了加快產品從設計到上市的流程，利用電腦輔助設計(CAD)、電腦輔助工程分析(CAE)與電腦輔助製造(CAM)是未來的潮流，利用電腦輔助工程分析可以協助設計工程師在設計之初，就可以利用電腦輔助工程分析軟體獲得初步的分析結果，瞭解產品承受負載時的靜力或動力特性，振動的性質，熱傳導的性質……等等，可以減少產品上市前的測試與修改流程，因此，電腦輔助工程分析變成工程師必須瞭解的一項重要課題。目前大多數CAE軟體多以有限元素法為基礎來撰寫，各軟體的學習

4、困難度差異極大，某些軟體為求符合各種分析需求，而使得軟體變得非常複雜，目前國內大學較普遍使用的軟體為ANSYS，市面上能取得的教材較多，ANSYS雖有圖形介面，但因為無法完整包含所有功能，因此大多數使用者仍以文字介面輸入指令，而且全部英文的指令，對技職體系學生而言是非常大的學習障礙。本校採購的軟體為COMSOL，相較於其他CAE軟體，COMSOL具有許多優勢，首先是中文操作介面，可以大幅增加技職體系學生的學習意願，其次是圖形化的操作介面，完全無須輸入指令，唯一的缺點是目前尚無中文書籍可採用，因此為COMAOL編寫紙本教材以及網路教材變成非常重要的教學準備工作

5、。本計畫的目的，將針對學生曾修過材料力學的應力分析、振動學的自由振動分析、熱傳遞學的熱傳遞分析…等內容，設計成十個學習範例，透過圖形介面逐步引導學生利用軟體解決問題，並配合每單元的隨堂作業，供學生練習並檢驗其學習成效。一、製作方法本教材分成五章，第一章緒論介紹有限元素簡單的元素分類以及有限元素法的應用領域，第二章靜力分析，分薄板、厚板以及三維結構探討靜力分析的方法，第三章自由振動分析，分別考慮樑、板以及三維結構的自由振動分析，第四章暫態分析，探討圓盤與轉子承受動態外力作用的的暫態反應，第五章熱傳分析，考慮平板與晶片散熱器的穩態熱傳分析。本教材以Step-by

6、-Step的方式，配合圖文的解說，逐步引導學生瞭解上述案例的分析流程，希望藉由案例分析示範可以讓學生逐漸建立其分析能力，每一章均有設計習題，這些習題均有實際分析的過程與結果，可以讓學生驗證上課的學習成果。本計畫的成果包括紙本教材與網路教材，紙本教材已裝訂成冊如附件，網路教材除了可以從網路學園中觀看，也儲存在隨附的光碟中。二、結果與討論電腦輔助工程分析是非常重要的課程，它可視為學生修讀完機械系基礎課程之後的工程應用，對於基礎課程已經非常熟悉的學生，這份教材的應用範例可以讓他們擴展學習領域，知道透過軟體可以輕鬆解決原本很複雜的問題，這將可以引導他們去接觸更複雜的

7、工程問題，對於基礎課程學習成效不佳的學生，這份教材可以透過圖形介面的逐步操作，讓他們也可以解決困難的工程問題，從分析的結果去瞭解工程問題的本質，其學習的成效與趣味遠勝過於基礎課程的理論推導與計算。透過網路教材的製作，參與的工作人員可以獲得設計網路課程、製作網路教材的重要經驗，此外這份COMSOL電腦輔助工程分析講義的完成，將有助於參與人員對COMSOL這套軟體的瞭解，甚至可能是國內第一本適合技職教育的COMSOL中文入門教材。三、結論本教材經過98學年第二學期兩個班級的授課驗證，證實本套教材確實可以引發學生的學習興趣，學生在上課過程中不僅驚嘆於軟體的分析能力

8、，讓他們看見材料力學、振動學以及熱傳學許多實例的分析