如何學(xué)習(xí)ANSYS之我見?【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-07-07 by:CAE仿真在線來源: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,可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題,在許多領(lǐng)域中都得到了廣泛應(yīng)用,如航空航天、汽車工業(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ANSYS 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則相對(duì)比較費(fèi)事。

如何學(xué)習(xí)ANSYS之我見?【轉(zhuǎn)發(fā)】ansysem分析案例圖片1

ANSYS最初只有經(jīng)典界面,非常不好使用,而自從Workbench推出來以后,這種情況大大改觀。到今天,當(dāng)ANSYS18.1推出來以后,其Workbench界面已經(jīng)非常好用,操作起來相當(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。而最為重要的是,新版的Workbench可以說是為機(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,也有非常貼近工程概念的邊界條件設(shè)置,這讓其它類似軟件相形見絀,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ANSYS的經(jīng)典界面中痛苦的掙扎,在里面討論如何導(dǎo)入iges文件的問題,如何進(jìn)行g(shù)lue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,也走過許多的彎路。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,后來發(fā)現(xiàn)這種觀點(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,基本上沒有什么用處。無論學(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(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(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,買一本W(wǎng)orkbench的書,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)間不要超過一個(gè)月。

接著,開始學(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,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,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(xué)習(xí)的時(shí)間是3-4個(gè)月左右。

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然后,進(jìn)入經(jīng)典界面,學(xué)習(xí)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(shí)間不要超過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)這門課,然后你的視野會(huì)大大開闊,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)際問題中有遇到多場(chǎng)耦合分析的問題,則ANSYS是首選。可以做幾個(gè)多物理場(chǎng)分析的例子,就可以直接上手。

學(xué)習(xí)ANSYS十多年,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NSYS底層,是一堆專業(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。如果沒有對(duì)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(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。

轉(zhuǎn)自公眾號(hào): 宋博士 ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用

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