如何學(xué)習(xí)ANSYS?

2017-02-11 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

ANSYS有限元分析軟件是一個(gè)多用途的有限元法軟件,可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題,在許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用,如航空航天、汽車(chē)工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、運(yùn)動(dòng)器械等。

ANSYS以多場(chǎng)耦合分析聞名,而且這的確是它的突出優(yōu)點(diǎn)。除了分析傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以外,對(duì)于流場(chǎng)的分析也非常在行,它的CFX,FLUENT均在流場(chǎng)分析中名列前茅,而它的電磁場(chǎng)分析功能也相當(dāng)強(qiáng)大.而最引人注目的是,對(duì)于多場(chǎng)的分析,ANSYS采用了項(xiàng)目流程圖的方式,用非常直觀(guān)的方式直接在各個(gè)分析模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的拖拉和共享,從而可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)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(gè)ANSYS中耦合場(chǎng)分析的例子,從靜電場(chǎng)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(xué)分析,再傳遞數(shù)據(jù)到流場(chǎng)分析,在A(yíng)NSYS WORKBENCH中只需要不到一分鐘的簡(jiǎn)單拖拉就可以形成,而其它的軟件分析起來(lái)則相對(duì)比較費(fèi)事。

如何學(xué)習(xí)ANSYS?ansys結(jié)構(gòu)分析圖片1

ANSYS最初只有經(jīng)典界面,非常不好使用,而自從WORKBENCH推出來(lái)以后,這種情況大大改觀(guān)。到今天,當(dāng)ANSYS14推出來(lái)以后,其WORKBENCH2.0已經(jīng)非常好用,操作起來(lái)相當(dāng)方便,做一個(gè)有限元分析只需要簡(jiǎn)單的點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo),頃刻之間就可以看到花花綠綠的應(yīng)力云圖,動(dòng)感十足的變形動(dòng)畫(huà)。而最為重要的是,新版的WORKBENCH可以說(shuō)是為機(jī)械工程師們量身定做的,它不僅有非常齊全的單位設(shè)置,強(qiáng)大的內(nèi)置材料庫(kù),也有非常貼近工程概念的邊界條件設(shè)置,這讓其它類(lèi)似軟件相形見(jiàn)絀,所以成為機(jī)械工程師們做仿真的首選軟件。

那么如何學(xué)習(xí)ANSYS呢?

我看到現(xiàn)在有不少初學(xué)者還在A(yíng)NSYS的經(jīng)典界面中痛苦的掙扎,在里面討論如何導(dǎo)入IGES文件的問(wèn)題,如何進(jìn)行GLUE這種令人生厭的操作,我就頗為擔(dān)心。我最初也是從經(jīng)典界面而來(lái),也走過(guò)許多的彎路。在最初學(xué)習(xí)的時(shí)候,別人告訴我,應(yīng)該只用命令,而別用界面,當(dāng)時(shí)我也試過(guò),后來(lái)發(fā)現(xiàn)這種觀(guān)點(diǎn)非常的不好,對(duì)我的學(xué)習(xí)造成了很大的誤導(dǎo)。所以,鑒于這種痛苦的經(jīng)歷,為了避免大家重蹈覆轍,我覺(jué)得很有必要談?wù)勎业囊恍┙ㄗh,希望為初學(xué)者指出一條快捷的道路。

首先,我們要明白,ANSYS是有限元分析軟件。這意味著它是專(zhuān)業(yè)軟件,它只是有限元方法的一種軟件實(shí)現(xiàn)工具而已。所以,如果不懂有限元,學(xué)習(xí)ANSYS沒(méi)有多大意義。我們看到,有很多人都好像趕時(shí)髦的一樣在用ANSYS,但是他們?cè)谧鐾暌粋€(gè)分析以后,甚至都不知道自己在做什么,結(jié)果是什么含義,他們一片茫然。這種學(xué)習(xí)方式,基本上沒(méi)有什么用處。無(wú)論學(xué)習(xí)ANSYS多長(zhǎng)時(shí)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(xué)ANSYS,先學(xué)有限元。

其次,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(duì)于客觀(guān)世界,我們總是用一些方程來(lái)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(lái)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(jìn)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(duì)象劃分為多個(gè)單元,然后對(duì)于每個(gè)單元列出其方程,最后組裝得到整個(gè)研究對(duì)象的方程,然后求解這對(duì)方程組。熱,結(jié)構(gòu),電磁,流場(chǎng)之所以最后求解不同,這主要是因?yàn)槠鋯卧匠滩煌?而單元方程是基于該單元所滿(mǎn)足的具體物理規(guī)律給出來(lái)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(lái)的。比如,對(duì)于結(jié)構(gòu)分析而言,該單元方程的依據(jù)主要是彈性動(dòng)力學(xué);對(duì)于流體分析而言,單元方程的依據(jù)主要是質(zhì)量守恒,動(dòng)量守恒以及能量守恒的三個(gè)方程;對(duì)已電磁場(chǎng)而言,單元方程的依據(jù)是麥克斯韋方程組。對(duì)于熱分析而言,單元方程來(lái)自于熱傳導(dǎo)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(duì)的是哪一個(gè)學(xué)科,需要先學(xué)習(xí)相關(guān)的基礎(chǔ)課程。比如,要做結(jié)構(gòu)分析,那么材料力學(xué),彈性力學(xué),機(jī)械振動(dòng)是必須預(yù)先學(xué)習(xí)的,否則,我們就不知道單元方程的依據(jù)是什么。

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(duì)于初學(xué)者以及高級(jí)研究人員適合,而WORBENCH對(duì)于一般的工程師很適合。由于經(jīng)典界面對(duì)于理解有限元方法非常合適,對(duì)于桿件的分析,平面問(wèn)題的分析也很合適,所以當(dāng)有限元方法學(xué)習(xí)完畢以后,進(jìn)入經(jīng)典界面學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單的桿件分析,平面分析,這對(duì)理解有限元法是很有好處的。但是當(dāng)在經(jīng)典界面里面學(xué)習(xí)完桿件和平面問(wèn)題分析以后,如果要進(jìn)行三維實(shí)體模型的分析,我建議立即轉(zhuǎn)入WORKBENCH。WORKBENCH對(duì)于零件分析,裝配體的分析提供了強(qiáng)大支持,這種支持力度讓經(jīng)典界面望塵莫及。

總之,我以為,對(duì)于初學(xué)者而言,以下的學(xué)習(xí)道路是合適的:

首先,買(mǎi)一本W(wǎng)ORKBENCH的書(shū),直接進(jìn)入WORKBENCH,做幾個(gè)簡(jiǎn)單的三維實(shí)體模型的分析,感受一下有限元分析的思路,這可以獲得關(guān)于有限元分析的感性認(rèn)識(shí),從而激發(fā)興趣。在此階段花費(fèi)的時(shí)間不要超過(guò)一個(gè)月。

接著,開(kāi)始學(xué)習(xí)材料力學(xué)和彈性力學(xué),主要弄清楚基本理論。對(duì)于機(jī)械系的學(xué)生而言,材料力學(xué)早就學(xué)習(xí)過(guò),所以主要需學(xué)習(xí)彈性力學(xué)。在彈性力學(xué)上,自學(xué)的時(shí)間不要超過(guò)2個(gè)月,只學(xué)習(xí)基本方程,以及直角坐標(biāo)的解法就足夠,也可以適當(dāng)學(xué)習(xí)極坐標(biāo)解法。

然后,開(kāi)始學(xué)習(xí)有限元方法。對(duì)于有限元方法,建議學(xué)習(xí)《有限元方法基礎(chǔ)教程》這本書(shū),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(guò)。建議在這里學(xué)習(xí)的時(shí)間是3-4個(gè)月左右。

如何學(xué)習(xí)ANSYS?ansys結(jié)構(gòu)分析圖片2

然后,進(jìn)入經(jīng)典界面,學(xué)習(xí)桿件的分析,平面問(wèn)題的分析,主要通過(guò)做例子。在此停留的時(shí)間不要超過(guò)2個(gè)月。

接著,進(jìn)入WORKBENCH界面。幾乎所有的三維分析都應(yīng)該在這里面進(jìn)行,而且這里會(huì)成為我們以后做仿真的主戰(zhàn)場(chǎng)。圍繞WORKBENCH,學(xué)習(xí)一下DESIGNMODELER的建模方法,模型簡(jiǎn)化方法;接著重點(diǎn)學(xué)習(xí)MECHANICAL。在這里,WORKBENCH的使用,學(xué)習(xí)半個(gè)月左右;DESIGNMODELER,學(xué)習(xí)一個(gè)月左右;MECHANICAL,學(xué)習(xí)的時(shí)間就很長(zhǎng)了,如果你鎖定用ANSYS做有限元分析,那么我們?nèi)松暮芏鄷r(shí)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(jìn)入WORKBENCH半年以后,漸漸從靜力學(xué)分析開(kāi)始往外擴(kuò)展。比如擴(kuò)展到動(dòng)力學(xué)分析,此時(shí)需要先學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng)這門(mén)課,然后你的視野會(huì)大大開(kāi)闊,WORKBENCH中的模態(tài)分析,諧響應(yīng)分析,瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析就都可以使用了。

以后,若有對(duì)于流體分析的需要,就先看流體分析的教程,然后學(xué)習(xí)CFX,或者FLUENT,都很好。

或者,如果有對(duì)于熱分析的需要,就先看傳熱學(xué)方面的教程,然后學(xué)習(xí)WORKBENCH中的熱分析模塊。

或者,如果有對(duì)于電磁分析的需要,就先獲得電磁場(chǎng)的基本知識(shí),然后學(xué)習(xí)WORKBENCH中的靜電場(chǎng),靜磁場(chǎng)分析模塊

最后,如果在實(shí)際問(wèn)題中有遇到多場(chǎng)耦合分析的問(wèn)題,則ANSYS是首選?？梢宰鰩讉€(gè)多物理場(chǎng)分析的例子,就可以直接上手。

筆者學(xué)習(xí)ANSYS上十年,深感ANSYS博大精深,恐怕一輩子也難得學(xué)習(xí)好。歸根結(jié)底,是因?yàn)樵贏(yíng)NSYS底層,是一堆專(zhuān)業(yè)課:彈性力學(xué),塑性力學(xué),蠕變力學(xué),斷裂力學(xué),結(jié)構(gòu)力學(xué),流體力學(xué),傳熱學(xué),電磁場(chǎng),有限元法,機(jī)械振動(dòng),有限體積法,等等課程。如果沒(méi)有對(duì)這些課程較深的理解,要用好ANSYS恐怕沒(méi)有那么容易。

以上就是我對(duì)于大家學(xué)習(xí)ANSYS的一些建議,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助。

近一段時(shí)間,我陸陸續(xù)續(xù)收到一些CAE愛(ài)好者的郵件。這些朋友在做某一項(xiàng)研究的時(shí)候,遇到了很多技術(shù)上的問(wèn)題,一籌莫展,周?chē)赡苷也坏胶线m的人來(lái)討論,所以向我求助。

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

第一,大家一定知道,ANSYS只是一個(gè)軟件,它是一個(gè)工具,它是一個(gè)用于實(shí)現(xiàn)某種物理計(jì)算的專(zhuān)業(yè)工具。所以在使用ANSYS之前,首先要把我們所遇到問(wèn)題的物理本質(zhì)弄清楚,先要界定它到底屬于一個(gè)什么問(wèn)題?

它是一個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題嗎?還是一個(gè)靜電場(chǎng)的分析?或者是一個(gè)磁場(chǎng)分析?還是一個(gè)流體分析?

如果它是一個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)問(wèn)題,那么它是一個(gè)靜力學(xué)問(wèn)題,還是一個(gè)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題?

如果是一個(gè)靜力學(xué)問(wèn)題,那么它是線(xiàn)性的,還是非線(xiàn)性的?

如果它是非線(xiàn)性的,那么是材料非線(xiàn)性,還是幾何非線(xiàn)性,還是邊界非線(xiàn)性?

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

……

對(duì)于這些問(wèn)題的判斷,首先需要我們具有比較廣博的知識(shí)背景。我發(fā)現(xiàn)有些朋友研究的問(wèn)題,已經(jīng)超出了自己的知識(shí)領(lǐng)域,而他們?nèi)耘f在希求用現(xiàn)有的知識(shí)能解決問(wèn)題,這是不現(xiàn)實(shí)的。如果我們連機(jī)械振動(dòng)都沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò),就去做PSD分析,那么此時(shí)無(wú)論問(wèn)多少朋友,多少老師,都是收效甚微的。此時(shí),最明智的方法是趕緊去學(xué)習(xí)機(jī)械振動(dòng),在學(xué)完以后,在A(yíng)NSYS中做一批機(jī)械振動(dòng)的例子,然后再回到你所面對(duì)的問(wèn)題上面來(lái),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(wèn)題,這只能是欲速則不達(dá)。CAE這一行,必須首先夯實(shí)理論基礎(chǔ),才去使用軟件。ANSYS它畢竟只是一個(gè)軟件,是浮現(xiàn)在表層的一個(gè)工具,在底層,它是在做理論計(jì)算。而理論計(jì)算,就是依據(jù)于末一個(gè)學(xué)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(jié)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(shí)自己在相關(guān)領(lǐng)域的理論基礎(chǔ),然后再去解決面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題。不要著急,這些事情,著急也沒(méi)有用處,反而只是會(huì)耽誤時(shí)間,而一無(wú)所獲。

第二,如果我們?cè)谂宄碚摰讓右院?在使用軟件方面遇到了問(wèn)題,我們?cè)撛趺崔k呢?

我說(shuō)說(shuō)我的看法。筆者看了一些關(guān)于A(yíng)NSYS的書(shū)籍,但是坦率的說(shuō),真正讓筆者滿(mǎn)意的書(shū)籍寥寥無(wú)幾。大多數(shù)書(shū)籍在講解軟件的時(shí)候,就是在翻譯ANSYS的幫助。而這種翻譯,有很多時(shí)候并沒(méi)有按照翻譯“信達(dá)雅”的標(biāo)準(zhǔn)把原文的意思表達(dá)出來(lái),結(jié)果看得很費(fèi)勁;最糟糕的是,有時(shí)候還導(dǎo)致了誤解,讓我們深陷在一個(gè)錯(cuò)誤的陷阱里面很難走出來(lái)。筆者最早學(xué)習(xí)ANSYS的時(shí)候,看過(guò)幾本ANSYS的書(shū),結(jié)果被它們弄糊涂了,心里面十分的煩躁。于是轉(zhuǎn)過(guò)去看ANSYS自帶的英文幫助,結(jié)果發(fā)現(xiàn)ANSYS自帶的幫助做得非常好,相當(dāng)?shù)氐蓝壹?xì)致。從此以后,再懶得去看我們中國(guó)人編的好多ANSYS教程。實(shí)際上,ANSYS幫助就是教會(huì)我們?nèi)绾问褂肁NSYS?？赡苁枪P者孤陋寡聞,就筆者看來(lái),就如何使用ANSYS而言,沒(méi)有什么書(shū)會(huì)超過(guò)ANSYS自帶的幫助。

所以,大家只要遇到軟件方面的問(wèn)題,我只有一句話(huà)可以說(shuō),就是“看ANSYS的幫助”。

有些朋友說(shuō),ANSYS的幫助全英文,不好看。

不好看也得看,開(kāi)始看估計(jì)會(huì)費(fèi)勁一點(diǎn),但是看多了,你會(huì)漸漸喜歡它。我們大家都是年輕人,不要被中文習(xí)慣所拘泥,一定要逐漸習(xí)慣英文,然后漸漸的讓它成為我們所熟悉的語(yǔ)言。在看了一些英文幫助以后,再回過(guò)頭看我們一些中文ANSYS書(shū)籍,就覺(jué)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(nèi)容給省略掉,卻去強(qiáng)調(diào)一些細(xì)枝末節(jié)的問(wèn)題,反而讓我們誤入歧途。

所以,筆者再次強(qiáng)烈呼吁,要學(xué)ANSYS的操作,請(qǐng)看ANSYS自帶的幫助!

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(guò),WORKBENCH適用于分析工程師,主要是為實(shí)際工程服務(wù);而經(jīng)典界面對(duì)初學(xué)者及研究人員更加適合。筆者現(xiàn)在仍舊相信這個(gè)觀(guān)點(diǎn)。

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A(yíng)NSYS7.0推出的時(shí)候,同時(shí)推出AWE)。因?yàn)榻?jīng)典界面看上去枯燥乏味,操作起來(lái)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(shù),都只有通過(guò)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(gè)界面,還有一些更底層的技術(shù),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(gè)次序,操作越來(lái)越方便,但是功能越來(lái)越少。例如子結(jié)構(gòu),變量技術(shù),子模型,單元的生與死,等等相當(dāng)多的技術(shù),在WORKBENCH中都是無(wú)法獲得的。雖然ANSYS有志于改進(jìn)WORKBENCH,希望以后能夠通過(guò)它,用戶(hù)也可以使用更多的底層功能,但是畢竟只是在改進(jìn)而已。距離APDL對(duì)于A(yíng)NSYS功能的全部掌控,還有很長(zhǎng)的路要走。五年?十年?說(shuō)不定是二十年。

筆者之所以要提到這個(gè)問(wèn)題,是因?yàn)?有些朋友總希望通過(guò)WB來(lái)做很多底層的研究,這是不現(xiàn)實(shí)的。因?yàn)閃B無(wú)法做底層研究,這是軟件自身的限制,神仙都沒(méi)有辦法。這些朋友一方面迷戀于WB的簡(jiǎn)單好用,一方面又希望功能強(qiáng)大,這又是一個(gè)魚(yú)與熊掌的問(wèn)題了。

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

第四,請(qǐng)務(wù)必學(xué)會(huì)自學(xué)。

CAE這一行,對(duì)于理論知識(shí)要求很多。我們面對(duì)的問(wèn)題,往往是復(fù)雜的,并不只是涉及到一個(gè)學(xué)科。我們已有的知識(shí),往往并不能解決一個(gè)面對(duì)的問(wèn)題,此時(shí),請(qǐng)大家一定靜下心來(lái)去補(bǔ)充基礎(chǔ)知識(shí),而且要學(xué)會(huì)迅速的自學(xué)。在CAE這一行當(dāng),沒(méi)有超強(qiáng)的自學(xué)能力,想要學(xué)好,這是很困難的。

學(xué)習(xí)知識(shí)需要準(zhǔn)確定位,需要找到合適的教材,需要學(xué)會(huì)在教材中挑出適合學(xué)習(xí)的內(nèi)容,這都需要我們反復(fù)的積累經(jīng)驗(yàn),做多了,自然就可以輕車(chē)熟路。如果急于求成,只想解決眼前的問(wèn)題,而不想深入到理論基礎(chǔ),那么我們遇到不計(jì)其數(shù)的問(wèn)題,結(jié)果反而無(wú)功而返。

暫時(shí)就說(shuō)這么多吧,希望對(duì)大家有用。

開(kāi)放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才