如何學(xué)習(xí)ANSYS，成為CAE結(jié)構(gòu)工程師（三）【轉(zhuǎn)發(fā)】

由于ANSYS軟件創(chuàng)立44年來(lái)沒有官方的中文版,僅有英、法、德、日版。語(yǔ)言問(wèn)題對(duì)于從業(yè)已久的工程師而言可能是個(gè)大問(wèn)題,很多人強(qiáng)烈的希望獲得翻譯版的ANSYS軟件。筆者認(rèn)為,作為初學(xué)者,看到滿屏幕的英文也許非常困難。但是熟練以后就會(huì)發(fā)現(xiàn),其實(shí)常用的功能涉及到的單詞不超過(guò)1000個(gè),而且很多操作習(xí)慣后,會(huì)記住有關(guān)圖標(biāo),了解用途即可。

也可以考慮更改程序變量后成為“中文版”的ABAQUS軟件;或者剛剛被AUTODESK公司收購(gòu)的Simulation,此軟件有官方中文版;以及各種高端三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件,如SW、PRO/E、UG、Catia等,也以插件的形式擴(kuò)展了有限元模擬軟件,其大多操作極其人性化,一般設(shè)計(jì)人員可在一個(gè)月內(nèi)具備基本的分析計(jì)算能力。但其精度與功能上與MSC、ABAQUS、LS-DYNA、ANSYS、CFX、Fluent等略遜。

漢化版的ANSYS軟件,筆者領(lǐng)略過(guò)經(jīng)典版的10.0和12.1和經(jīng)過(guò)二次開發(fā)的12.1Workbench。雖然ANSYS的Workbench平臺(tái)從7.0版就已出現(xiàn)(至今已有十多年的歷史),但是畢竟ANSYS是90年代進(jìn)入中國(guó),經(jīng)典版的用戶群已經(jīng)有20多年的深厚積淀。從大學(xué)教授到其學(xué)生,再到大型企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)等,基本都是從經(jīng)典版開始接觸的。用戶群基數(shù)巨大,對(duì)軟件的了解與使用都很深入,對(duì)經(jīng)典平臺(tái)界面的依賴性,也可以說(shuō)使用的慣性很大。

一般來(lái)說(shuō),剛剛開始接觸有限元的年輕人和追求最新技術(shù)的公司,會(huì)考慮Workbench平臺(tái)。其用戶群小,也造成軟件教程不多。雖然教程有限和語(yǔ)言受限,但是筆者依然不建議嘗試翻譯版的ANSYS Workbench軟件。因?yàn)?其翻譯不一定準(zhǔn)確,而不同用戶交流起來(lái),一個(gè)說(shuō)中文詞匯,一個(gè)說(shuō)英文,容易有溝通障礙。

如果一直被語(yǔ)言問(wèn)題所嚇倒,并且沒有條件投入巨資,進(jìn)行二次開發(fā)的翻譯工作,請(qǐng)放棄ANSYS。

針對(duì)初學(xué)者,除了之前講到的翻閱標(biāo)準(zhǔn)和尋找典型例題學(xué)習(xí)外,對(duì)于軟件操作,可找到ANSYS Workbench平臺(tái)的官方教材,根據(jù)教材講解順序逐步練習(xí)。

學(xué)會(huì)如何搜集和積累各種資料,也是一種學(xué)習(xí)能力。在學(xué)習(xí)的任何階段,都需要大量的資料支撐。用戶必須在盡可能想的到的,盡可能所有的渠道,搜集盡可能多的資料后,通過(guò)翻閱和篩選,找到相對(duì)更適合自己的部分,加以鉆研并嘗試掌握。搜集時(shí)應(yīng)先解決數(shù)量問(wèn)題,全面翻閱后,然后考慮質(zhì)量和內(nèi)涵問(wèn)題。自學(xué)的過(guò)程是艱苦和孤獨(dú)的,好的方法不過(guò)是少走彎路而已。

有些操作以前需要插入命令流,在新版中可以直接圖形化操作等,如子模型分析。然后建立一些簡(jiǎn)單的模型,具有針對(duì)性的練習(xí),對(duì)單一模塊和單一功能的操作。這樣減少計(jì)算規(guī)模,也減少出錯(cuò)。夠相對(duì)靈活的掌握操作知識(shí)的時(shí)候,就更需要參考其他人的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)了。多借鑒成功經(jīng)驗(yàn)與技巧有利于少走彎路。有機(jī)會(huì)的話,可以多看看專業(yè)機(jī)構(gòu)出具的實(shí)際產(chǎn)品的分析報(bào)告。雖然其不一定能很詳細(xì)的介紹求解設(shè)置,但是其可以提供一個(gè)基本思路的有利參考。

當(dāng)一個(gè)個(gè)實(shí)際問(wèn)題被解決、一個(gè)個(gè)操作技巧被掌握、一個(gè)個(gè)ERROR被消除、一天天累計(jì)的個(gè)人努力被越來(lái)越多的認(rèn)可,這種成就感,會(huì)讓人感到非常幸福的。

人的記憶力是有限的,軟件操作是個(gè)熟練工種,需要多次的練習(xí)與重復(fù)的操作以便掌握。有些操作也許不經(jīng)常使用,定期的單獨(dú)練習(xí)一下,有利于鞏固記憶。

做工程的,最忌諱把設(shè)計(jì)搞的太復(fù)雜,能簡(jiǎn)單就要簡(jiǎn)單。越簡(jiǎn)單,越可靠(墨菲法則)。無(wú)論如何,軟件僅僅是一個(gè)機(jī)械化的根據(jù)用戶指令進(jìn)行運(yùn)行的計(jì)算工具,其本身沒有判斷指令的合理性與正確性的能力,不能代替一個(gè)充滿知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的頭腦,軟件只是能讓問(wèn)題的解決更有效率而已。評(píng)判一個(gè)有限元工程師的真實(shí)水平,應(yīng)看他或她脫離了ANSYS軟件后,還能做哪些工作。

隨著有限元技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了越來(lái)越多,越來(lái)越精確的單元以及更廣泛的分析功能和更人性化的操作方式。比如ANSYS從經(jīng)典版到Workbench平臺(tái)的跨越,以及ANSYS公司對(duì)CFX軟件的深刻整合等。尤其是一些高端三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的有限元分析插件,它們的圖形界面和操作非常人性化,極其簡(jiǎn)單易懂,使得初學(xué)者也能完成很多方面的分析工作。而價(jià)格上,SolidWorks軟件的結(jié)構(gòu)有限元分析插件大約15萬(wàn)人民幣,類似的ANSYS機(jī)械設(shè)計(jì)模塊則約為15萬(wàn)美元,相對(duì)要低廉的很多。這就帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題,為什么還要學(xué)習(xí)理論知識(shí)呢?筆者提出一些建議與感想:

1. 只有分析者理解了需要解決的問(wèn)題,知道應(yīng)該如何建模、如何簡(jiǎn)化、如何選擇合適的單元與邊界條件和算法去等效模擬設(shè)計(jì)工況,了解有限元軟件的性能、軟件求解方式與假設(shè)和局限性、數(shù)據(jù)輸入的方式和在分析的全階段檢查,并避免各種錯(cuò)誤,才能可能得出可靠的結(jié)果。商業(yè)軟件只提供給用戶前后處理操作和執(zhí)行文件,其源程序?qū)τ谟脩羰呛谙蛔?這樣,分析者將面對(duì)許多選擇和困惑。若不理解有限元的基本概念、程序包含的內(nèi)容和這些選項(xiàng)的內(nèi)涵,分析者將會(huì)非常被動(dòng)。最簡(jiǎn)單的現(xiàn)象是,算錯(cuò)了都不知道是怎么錯(cuò)的。因此,有限元工程師,必須理解有限元分析的基本概念。

分析者不能完全依賴軟件計(jì)算,而得出結(jié)論性結(jié)果。應(yīng)該具備相關(guān)的理論計(jì)算基礎(chǔ)與經(jīng)驗(yàn),以期驗(yàn)證計(jì)算的正確性,以及擁有一個(gè)正確修改設(shè)計(jì)方案的思路與方法。針對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單的模型或工況,很多相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與手冊(cè),都可以給出簡(jiǎn)化的手工計(jì)算方法。

2. 由于個(gè)人理解與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不同,即使在相同的設(shè)計(jì)條件下,不同人的計(jì)算結(jié)果也可能會(huì)不盡相同。故而,要得到一個(gè)盡可能可靠的數(shù)值結(jié)果,還需要多人間的獨(dú)立分析,綜合評(píng)定分析結(jié)果,以盡量排除人為因素。另外,由于數(shù)值分析的各種假設(shè)與算法的限制,其結(jié)果與真解之間,幾乎永遠(yuǎn)有差別。一個(gè)可靠的結(jié)果,還需要與實(shí)驗(yàn)值的交叉驗(yàn)證與證明,才足夠可信。甚至有時(shí)候只有實(shí)驗(yàn)值才是可信的。

3. 現(xiàn)在,越來(lái)越多的結(jié)構(gòu)工程師希望在解決問(wèn)題時(shí),只需區(qū)分類型和條件,讓軟件自動(dòng)生成必要的數(shù)學(xué)模型,完成復(fù)雜而重復(fù)的分析和設(shè)計(jì)過(guò)程。最后,由制圖工具完成生產(chǎn)圖和施工圖。在這種環(huán)境中,結(jié)構(gòu)工程師唯一的責(zé)任,就是明確所要解決的問(wèn)題,然后評(píng)價(jià)最后的設(shè)計(jì)“結(jié)果”。

這種設(shè)計(jì)思路注定是災(zāi)難性的。讓計(jì)算機(jī)成為知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和思維的替代品,這是非常令人不安的。這使人們相信,他們僅僅簡(jiǎn)單地依靠計(jì)算機(jī)程序,就可以“解決”工程問(wèn)題了,而沒有認(rèn)識(shí)到高質(zhì)量的設(shè)計(jì),只能是由淵博的工程理論知識(shí)和大量的經(jīng)驗(yàn)以及艱辛的腦力勞動(dòng)相結(jié)合的產(chǎn)物。有什么辦法才能使工程界,改變過(guò)分依賴計(jì)算機(jī)軟件的情況不再濫用?這沒有簡(jiǎn)單的答案,需要用戶在掌握大量基礎(chǔ)知識(shí)的前提下,謹(jǐn)慎的考慮。

作為一個(gè)合格的有限元工作者,應(yīng)當(dāng)具備以下素質(zhì):對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的建模簡(jiǎn)化與特征等效;軟件的操作技巧、計(jì)算結(jié)果的評(píng)價(jià)能力、工程問(wèn)題的研究能力、誤差控制能力等。

另外,由于有限單元算法本質(zhì)上的原因,在ANSYS Workbench平臺(tái)中,執(zhí)行絕大多數(shù)操作后,一般都不能實(shí)現(xiàn)在常用應(yīng)用軟件中,已普遍擁有的倒退和撤銷功能。就像人生沒有彩排一樣,用戶必須時(shí)刻記住所有的操作,隨時(shí)保存隨時(shí)備份,以防止因操作錯(cuò)誤或者求解失敗后的前功盡棄與推倒重來(lái)。有限元就是現(xiàn)場(chǎng)直播。