我看到現(xiàn)在有不少初學者還在ANSYS的經(jīng)典界面中痛苦的掙扎,在里面討論如何導入IGES文件的問題,如何進行GLUE這種令人生厭的操作,我就頗為擔心。我最初也是從經(jīng)典界面而來,也走過許多的彎路。在最初學習的時候,別人告訴我,應該只用命令,而別用界面,當時我也試過,后來發(fā)現(xiàn)這種觀點非常的不好,對我的學習造成了很大的誤導。所以,鑒于這種痛苦的經(jīng)歷,為了避免大家重蹈覆轍,我覺得很有必要談談我的一些建議,希望為初學者指出一條快捷的道路。

1.ANSYS有限元分析軟件是一個多用途的有限元法軟件,可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題,在許多領域中都得到了廣泛應用,如航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機械、運動器械等。

ANSYS以多場耦合分析聞名,而且這的確是它的突出優(yōu)點。除了分析傳統(tǒng)的結構以外,對于流場的分析也非常在行,它的CFX,FLUENT均在流場分析中名列前茅,而它的電磁場分析功能也相當強大.而最引人注目的是,對于多場的分析,ANSYS采用了項目流程圖的方式,用非常直觀的方式直接在各個分析模塊之間進行數(shù)據(jù)的拖拉和共享,從而可以實現(xiàn)非常復雜的數(shù)據(jù)傳遞,這種功能讓其它赫赫有名的有限元軟件如RADIOSS,PATRAN/NASTRAN,MARC,ABAQUS都望塵莫及。下面是一個ANSYS中耦合場分析的例子,從靜電場傳遞數(shù)據(jù)到穩(wěn)態(tài)熱分析,再傳遞數(shù)據(jù)到瞬態(tài)熱分析,接著傳遞到靜力學分析,再傳遞數(shù)據(jù)到流場分析,在ANSYS WORKBENCH中只需要不到一分鐘的簡單拖拉就可以形成,而其它的軟件分析起來則相對比較費事。

ANSYS最初只有經(jīng)典界面,非常不好使用,而自從WORKBENCH推出來以后,這種情況大大改觀。到今天,當ANSYS14推出來以后,其WORKBENCH2.0已經(jīng)非常好用,操作起來相當方便,做一個有限元分析只需要簡單的點點鼠標,頃刻之間就可以看到花花綠綠的應力云圖,動感十足的變形動畫。而最為重要的是,新版的WORKBENCH可以說是為機械工程師們量身定做的,它不僅有非常齊全的單位設置,強大的內置材料庫,也有非常貼近工程概念的邊界條件設置,這讓其它類似軟件相形見絀,所以成為機械工程師們做仿真的首選軟件。

 

2.那么如何學習ANSYS呢?

我看到現(xiàn)在有不少初學者還在ANSYS的經(jīng)典界面中痛苦的掙扎,在里面討論如何導入IGES文件的問題,如何進行GLUE這種令人生厭的操作,我就頗為擔心。我最初也是從經(jīng)典界面而來,也走過許多的彎路。在最初學習的時候,別人告訴我,應該只用命令,而別用界面,當時我也試過,后來發(fā)現(xiàn)這種觀點非常的不好,對我的學習造成了很大的誤導。所以,鑒于這種痛苦的經(jīng)歷,為了避免大家重蹈覆轍,我覺得很有必要談談我的一些建議,希望為初學者指出一條快捷的道路。

3.首先,我們要明白,ANSYS是有限元分析軟件。這意味著它是專業(yè)軟件,它只是有限元方法的一種軟件實現(xiàn)工具而已。所以,如果不懂有限元,學習ANSYS沒有多大意義。我們看到,有很多人都好像趕時髦的一樣在用ANSYS,但是他們在做完一個分析以后,甚至都不知道自己在做什么,結果是什么含義,他們一片茫然。這種學習方式,基本上沒有什么用處。無論學習ANSYS多長時間,只要不深入到有限元理論本身,就不可能把ANSYS用好,而是始終浮在表層。因此,欲學ANSYS,先學有限元。

4.次,我們也要知道,有限元法它只是一種數(shù)值分析方法而已。對于客觀世界,我們總是用一些方程來加以描述其基本規(guī)律,而其中,很多物理現(xiàn)象是用微分方程組來描述的。而數(shù)值法只是求解微分方程組的一種方法而已。更進一步,數(shù)值方法包括有限元法,有限差分法,有限體積法,邊界元法等,所以有限元法只是數(shù)值方法的一種。有限元法把對象劃分為多個單元,然后對于每個單元列出其方程,最后組裝得到整個研究對象的方程,然后求解這對方程組。熱,結構,電磁,流場之所以最后求解不同,這主要是因為其單元方程不同,而單元方程是基于該單元所滿足的具體物理規(guī)律給出來的。這就意味著,如果我們要懂該單元方程是什么意思,我們得先明白,該方程是從哪里來的。比如,對于結構分析而言,該單元方程的依據(jù)主要是彈性動力學;對于流體分析而言,單元方程的依據(jù)主要是質量守恒,動量守恒以及能量守恒的三個方程;對已電磁場而言,單元方程的依據(jù)是麥克斯韋方程組。對于熱分析而言,單元方程來自于熱傳導方程。這就意味著,要懂得單元方程,我們先要弄明白我們所面對的是哪一個學科,需要先學習相關的基礎課程。比如,要做結構分析,那么材料力學,彈性力學,機械振動是必須預先學習的,否則,我們就不知道單元方程的依據(jù)是什么。

5.接著,我們要知道,ANSYS有兩種使用模式:經(jīng)典界面和WORKBENCH界面。經(jīng)典界面對于初學者以及高級研究人員適合,而WORBENCH對于一般的工程師很適合。由于經(jīng)典界面對于理解有限元方法非常合適,對于桿件的分析,平面問題的分析也很合適,所以當有限元方法學習完畢以后,進入經(jīng)典界面學習簡單的桿件分析,平面分析,這對理解有限元法是很有好處的。但是當在經(jīng)典界面里面學習完桿件和平面問題分析以后,如果要進行三維實體模型的分析,我建議立即轉入WORKBENCH。WORKBENCH對于零件分析,裝配體的分析提供了強大支持,這種支持力度讓經(jīng)典界面望塵莫及。

6.總之,我以為,對于初學者而言,以下的學習道路是合適的:

首先,買一本W(wǎng)ORKBENCH的書,直接進入WORKBENCH,做幾個簡單的三維實體模型的分析,感受一下有限元分析的思路,這可以獲得關于有限元分析的感性認識,從而激發(fā)興趣。在此階段花費的時間不要超過一個月。

接著,開始學習材料力學和彈性力學,主要弄清楚基本理論。對于機械系的學生而言,材料力學早就學習過,所以主要需學習彈性力學。在彈性力學上,自學的時間不要超過2個月,只學習基本方程,以及直角坐標的解法就足夠,也可以適當學習極坐標解法。

7.然后,開始學習有限元方法。對于有限元方法,建議學習《有限元方法基礎教程》這本書,它由淺入深的講解了有限元方法,需要的地方就著重講解,而不需要的地方一帶而過。建議在這里學習的時間是3-4個月左右。

然后,進入經(jīng)典界面,學習桿件的分析,平面問題的分析,主要通過做例子。在此停留的時間不要超過2個月。

接著,進入WORKBENCH界面。幾乎所有的三維分析都應該在這里面進行,而且這里會成為我們以后做仿真的主戰(zhàn)場。圍繞WORKBENCH,學習一下DESIGNMODELER的建模方法,模型簡化方法;接著重點學習MECHANICAL。在這里,WORKBENCH的使用,學習半個月左右;DESIGNMODELER,學習一個月左右;MECHANICAL,學習的時間就很長了,如果你鎖定用ANSYS做有限元分析,那么我們人生的很多時間幾乎都是與MECHANICAL打交道,它是取代經(jīng)典界面的主要工具.

在進入WORKBENCH半年以后,漸漸從靜力學分析開始往外擴展。比如擴展到動力學分析,此時需要先學習機械振動這門課,然后你的視野會大大開闊,WORKBENCH中的模態(tài)分析,諧響應分析,瞬態(tài)動力學分析就都可以使用了。

8.以后,若有對于流體分析的需要,就先看流體分析的教程,然后學習CFX,或者FLUENT,都很好。

或者,如果有對于熱分析的需要,就先看傳熱學方面的教程,然后學習WORKBENCH中的熱分析模塊。

或者,如果有對于電磁分析的需要,就先獲得電磁場的基本知識,然后學習WORKBENCH中的靜電場,靜磁場分析模塊

最后,如果在實際問題中有遇到多場耦合分析的問題,則ANSYS是首選。可以做幾個多物理場分析的例子,就可以直接上手。

筆者學習ANSYS上十年,深感ANSYS博大精深,恐怕一輩子也難得學習好。歸根結底,是因為在ANSYS底層,是一堆專業(yè)課:彈性力學,塑性力學,蠕變力學,斷裂力學,結構力學,流體力學,傳熱學,電磁場,有限元法,機械振動,有限體積法,等等課程。如果沒有對這些課程較深的理解,要用好ANSYS恐怕沒有那么容易。

以上就是我對于大家學習ANSYS的一些建議,希望對大家的學習有所幫助。

9.近一段時間,我陸陸續(xù)續(xù)收到一些CAE愛好者的郵件。這些朋友在做某一項研究的時候,遇到了很多技術上的問題,一籌莫展,周圍可能找不到合適的人來討論,所以向我求助。

我在解決這些問題的時候,發(fā)現(xiàn)這些朋友的問題層出不窮。一個問題剛剛解決,又會冒出一個新的問題。有些朋友問題要得很急,希望我能馬上能夠幫助他們解決問題。但是我最近又相當忙,不可能靜下心來為這么多朋友一一去回答問題,所以我也比較著急。在這里我再次對這些使用ANSYS的朋友提出一些建議,希望對大家有所幫助。

10.第一,大家一定知道,ANSYS只是一個軟件,它是一個工具,它是一個用于實現(xiàn)某種物理計算的專業(yè)工具。所以在使用ANSYS之前,首先要把我們所遇到問題的物理本質弄清楚,先要界定它到底屬于一個什么問題?

它是一個結構力學問題嗎?還是一個靜電場的分析?或者是一個磁場分析?還是一個流體分析?

如果它是一個結構力學問題,那么它是一個靜力學問題,還是一個動力學問題?

如果是一個靜力學問題,那么它是線性的,還是非線性的?

如果它是非線性的,那么是材料非線性,還是幾何非線性,還是邊界非線性?

如果是邊界非線性,那么它是哪一種邊界非線性,是有摩擦的嗎,是不可分離的嗎,是綁定的嗎?

……

對于這些問題的判斷,首先需要我們具有比較廣博的知識背景。我發(fā)現(xiàn)有些朋友研究的問題,已經(jīng)超出了自己的知識領域,而他們仍舊在希求用現(xiàn)有的知識能解決問題,這是不現(xiàn)實的。如果我們連機械振動都沒有學習過,就去做PSD分析,那么此時無論問多少朋友,多少老師,都是收效甚微的。此時,最明智的方法是趕緊去學習機械振動,在學完以后,在ANSYS中做一批機械振動的例子,然后再回到你所面對的問題上面來,去想辦法建模,解決它。而我們不少朋友很著急,希望兩三天立馬能夠解決手頭上遇到的問題,這只能是欲速則不達。CAE這一行,必須首先夯實理論基礎,才去使用軟件。ANSYS它畢竟只是一個軟件,是浮現(xiàn)在表層的一個工具,在底層,它是在做理論計算。而理論計算,就是依據(jù)于末一個學科的理論。如果我們根本就不知道ANSYS基于什么物理理論在操作,那么我們即便把ANSYS的命令用得純熟,我們所得到的結論也是值得懷疑的。

所以,我真切的希望這些朋友,一定要先夯實自己在相關領域的理論基礎,然后再去解決面對的實際問題。不要著急,這些事情,著急也沒有用處,反而只是會耽誤時間,而一無所獲。

11.第二,如果我們在弄清楚理論底層以后,在使用軟件方面遇到了問題,我們該怎么辦呢?

我說說我的看法。筆者看了一些關于ANSYS的書籍,但是坦率的說,真正讓筆者滿意的書籍寥寥無幾。大多數(shù)書籍在講解軟件的時候,就是在翻譯ANSYS的幫助。而這種翻譯,有很多時候并沒有按照翻譯“信達雅”的標準把原文的意思表達出來,結果看得很費勁;最糟糕的是,有時候還導致了誤解,讓我們深陷在一個錯誤的陷阱里面很難走出來。筆者最早學習ANSYS的時候,看過幾本ANSYS的書,結果被它們弄糊涂了,心里面十分的煩躁。于是轉過去看ANSYS自帶的英文幫助,結果發(fā)現(xiàn)ANSYS自帶的幫助做得非常好,相當?shù)氐蓝壹氈。從此以后,再懶得去看我們中國人編的好多ANSYS教程。實際上,ANSYS幫助就是教會我們如何使用ANSYS?赡苁枪P者孤陋寡聞,就筆者看來,就如何使用ANSYS而言,沒有什么書會超過ANSYS自帶的幫助。

所以,大家只要遇到軟件方面的問題,我只有一句話可以說,就是“看ANSYS的幫助”。

有些朋友說,ANSYS的幫助全英文,不好看。

不好看也得看,開始看估計會費勁一點,但是看多了,你會漸漸喜歡它。我們大家都是年輕人,不要被中文習慣所拘泥,一定要逐漸習慣英文,然后漸漸的讓它成為我們所熟悉的語言。在看了一些英文幫助以后,再回過頭看我們一些中文ANSYS書籍,就覺得別扭得很,翻譯得莫名其妙,而且編者還經(jīng)常把英文幫助中一些非常重要的內容給省略掉,卻去強調一些細枝末節(jié)的問題,反而讓我們誤入歧途。所以,筆者再次強烈呼吁,要學ANSYS的操作,請看ANSYS自帶的幫助!

12.第三,到底是用ANSYS經(jīng)典界面還是WORKBENCH?

我在前面某些博文里面提到過,WORKBENCH適用于分析工程師,主要是為實際工程服務;而經(jīng)典界面對初學者及研究人員更加適合。筆者現(xiàn)在仍舊相信這個觀點。

大家一定知道,ANSYS經(jīng)典界面在1970年就出現(xiàn)了,而WORKBENCH是在十年以前(2002年,在ANSYS7.0推出的時候,同時推出AWE)。因為經(jīng)典界面看上去枯燥乏味,操作起來麻煩得很,與ABAQUS,PATRAN相比,極其啰嗦。推出WORKBENCH,只是好像我們把汗衫換了一件西裝,看上去更正派,僅此而已。但大多數(shù)核心技術,都只有通過經(jīng)典界面才可以操作得到。甚至于,經(jīng)典界面也只是一個界面,還有一些更底層的技術,只有使用命令才能獲得。

總之,就ANSYS自身的操作界面而言,APDL最底層,這是高手使用ANSYS的方式;然后是經(jīng)典界面,最后是WORKBENCH。按照這個次序,操作越來越方便,但是功能越來越少。例如子結構,變量技術,子模型,單元的生與死,等等相當多的技術,在WORKBENCH中都是無法獲得的。雖然ANSYS有志于改進WORKBENCH,希望以后能夠通過它,用戶也可以使用更多的底層功能,但是畢竟只是在改進而已。距離APDL對于ANSYS功能的全部掌控,還有很長的路要走。五年?十年?說不定是二十年。

筆者之所以要提到這個問題,是因為,有些朋友總希望通過WB來做很多底層的研究,這是不現(xiàn)實的。因為WB無法做底層研究,這是軟件自身的限制,神仙都沒有辦法。這些朋友一方面迷戀于WB的簡單好用,一方面又希望功能強大,這又是一個魚與熊掌的問題了。

所以,筆者在此建議,如果朋友們做底層研究,請迅速回到經(jīng)典界面,不要再猶豫不決。

13.第四,請務必學會自學。

CAE這一行,對于理論知識要求很多。我們面對的問題,往往是復雜的,并不只是涉及到一個學科。我們已有的知識,往往并不能解決一個面對的問題,此時,請大家一定靜下心來去補充基礎知識,而且要學會迅速的自學。在CAE這一行當,沒有超強的自學能力,想要學好,這是很困難的。

學習知識需要準確定位,需要找到合適的教材,需要學會在教材中挑出適合學習的內容,這都需要我們反復的積累經(jīng)驗,做多了,自然就可以輕車熟路。如果急于求成,只想解決眼前的問題,而不想深入到理論基礎,那么我們遇到不計其數(shù)的問題,結果反而無功而返。

(來源于網(wǎng)絡)