如何學(xué)習(xí)ANSYS，成為CAE結(jié)構(gòu)工程師（二）【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-08-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

真正的工程師是對設(shè)計標準非常熟悉的,而剛剛畢業(yè)的研究生則是對論文熟悉的,兩者知識體系的差別,也會慢慢的在實際工作中有所體現(xiàn)。另外,各種標準中雖然介紹了很多具體的計算方法,但是它不是理論手冊,僅僅是個工程設(shè)計方法的介紹與規(guī)定。很多設(shè)計方法隱含的理論知識以及設(shè)計方案的權(quán)衡是無法體現(xiàn)的,這時就需要用戶大量的搜集有關(guān)理論與方法的資料。翻看某某標準對應(yīng)的《某某標準釋義》,可以從另一個角度了解此標準所提出的要求的來龍去脈。

在涉及到復(fù)雜的非線性問題時(幾何非線性、材料非線性、接觸非線性等)。一方面,不同的問題對應(yīng)著不同的數(shù)值計算方法,那么求解器的選取和各種參數(shù)的設(shè)置情況,就直接關(guān)系到程序的計算代價和是否能解決問題;另一方面,需要對非線性求解過程比較了解,知道程序的求解是如何實現(xiàn)的。只有這樣才會對評價計算的結(jié)果,尤其是解決各種錯誤提供依據(jù)。對于可能的情況,能簡化成線性行為的分析,就盡量不要用非線性算法計算。

ANSYS是基于有限單元法與現(xiàn)代數(shù)值計算方法發(fā)展而來的,因此適當(dāng)了解《計算方法》很重要。還有《計算固體力學(xué)》也需要了解,因為ANSYS對非線性問題的處理就是基于此書中提到的復(fù)雜理論。

對于設(shè)計師而言,更偏向工程實踐,要求簡單快速;對于有限元分析師,要求理論深厚,靈活求解。一個合適的工程設(shè)計有限元分析師,應(yīng)能將這兩項要求有機的結(jié)合起來解決工程問題。

建模能力是個重要的能力。解決實際工程問題時,往往物理模型復(fù)雜、龐大,而有限元模型的建立需要大量的時間與精力。一般而言,在單次的分析過程中,有50%-80%的時間用來建立合適的有限元模型。

有限元模型的建立思路與產(chǎn)品模型不同,其要求在不改變基本結(jié)構(gòu)的前提下,盡量簡化模型,以方便建立高質(zhì)量的有限元模型。所以,拿到一個復(fù)雜的真實產(chǎn)品模型時,應(yīng)將對求解問題影響不大的局部零件和細節(jié)結(jié)構(gòu)刪除或合并,降低模型復(fù)雜程度,而后考慮適當(dāng)分割模型,以利于劃分高質(zhì)量的網(wǎng)格。當(dāng)然,在應(yīng)力集中區(qū)域,任何半徑的倒角都是有利的,應(yīng)予以保留。

高效率的建立出一個高質(zhì)量、具有代表性、滿足精度和求解時間要求與計算機求解能力等要求的有限元模型,對于后續(xù)的求解過程十分重要。求解一個不負責(zé)任的有限元模型,往往帶來無限的錯誤。

對于建模能力,由于有限元軟件的前處理部分,一般是科學(xué)家為了解決工程問題和科學(xué)問題而開發(fā)的,計算能力是需要優(yōu)先解決的問題,而前處理能力往往不擅長。隨著有限元軟件的發(fā)展尤其是Workbnch15.0平臺的推出,其能與各種大型三維機械設(shè)計軟件,如、SW、UG、PRO/E、CATIA等建立的三維模型進行無縫連接。

這些軟件具有:界面人性化(代表著軟件界面設(shè)計的先進生產(chǎn)力)、操作簡單(三維設(shè)計的人員一般沒有專職有限元分析人員那么高深的有限元理論知識;設(shè)計的精髓是改圖)、功能強大(各種復(fù)雜的模型建立與出具工程圖)、用戶群廣泛(遇到軟件問題可以有很多人能幫助解決)、專業(yè)化(比如功能極其強大的Catia非常很適合數(shù)十萬零件級的巨大產(chǎn)品設(shè)計、工廠全廠設(shè)計、復(fù)雜曲面建模、虛擬加工、3D掃描逆向工程等;PRO/E適合各種模具的設(shè)計;汽車等行業(yè)的復(fù)雜曲面常用UG建立;SW適合基本的簡單機械的設(shè)計,而其界面人性化程度是這四個軟件中最好的)等特點。

對于分析人員,實體模型的建立,建議用3個月時間學(xué)習(xí)一款最方便其使用的三維機械設(shè)計軟件。這樣也能更快速的為劃分高質(zhì)量網(wǎng)格,切割出合適的物理模型,盡最大可能的提升建模效率。建立實體模型是生成三維的精確有限元模型的基礎(chǔ),高質(zhì)量的有限元模型又是保證計算精度、速度和結(jié)果正確性的基礎(chǔ)。

建模能力的培養(yǎng)需要大量的練習(xí)。一個好的建模思想與習(xí)慣有利于提高效率。比如多個不規(guī)則鈑金件組成的模型,用多零件單獨建模,并組成裝配體會非常復(fù)雜,可以考慮用放樣再抽殼的方法就極其容易了。

復(fù)雜形狀的模型,都需要分割成多個相對簡單形狀的“分塊”后,才可以劃分出高質(zhì)量的網(wǎng)格。很多時候,對模型剖分的思路與方法,更多的是憑借著用戶的經(jīng)驗。一些常見的結(jié)構(gòu)剖分方法,可以用一些相對標準化的思路進行剖切。

ANSYS Workbench平臺DM模塊的建模思想與三維機械設(shè)計軟件有個很大的不同,就是零件裝配關(guān)系的設(shè)置。在DM模塊中,多個零件互相的位置關(guān)系是單件建模時,將特征數(shù)據(jù)合并到單件內(nèi)。而機械設(shè)計軟件(如SoildWorks),一般將裝配關(guān)系單獨列到整體特征樹,單獨選擇零件,可以觀察到與其有關(guān)的所有配合關(guān)系,在修改模型時會比DM的鑲套整合的思路更加高效直觀。這些都是DM模塊沒有的人性化功能。

大部分公司設(shè)計的產(chǎn)品,大體的結(jié)構(gòu)、機構(gòu)形式很有限,不用太長時間就能掌握。但是要把東西設(shè)計好,好多細節(jié)的地方就需要理論與經(jīng)驗的結(jié)合,對原來的結(jié)構(gòu)進行改進。對于工程師而言,出圖是次要的事情,那是設(shè)計師的職責(zé)。

學(xué)機械出身的人,看一眼裝配圖或者去現(xiàn)場實習(xí)一下,基本就掌握了將來所計算的實物重點在什么地方和比較關(guān)注的部位。這就是為什么有那么多的“山寨”產(chǎn)品。

但是隨著接觸時間增多,可能力學(xué)的基礎(chǔ)知識,會對結(jié)構(gòu)認識的更深刻,往往不同專業(yè)的人思維方式是不同的。比如,對于同樣一個軸上的卸載槽,機械的可能更關(guān)注機械設(shè)計手冊給多少尺寸,就是這么定的;而學(xué)力學(xué)的可能就像為什么這么定,是不是能從數(shù)學(xué)模型和力學(xué)模型上給出準確的推導(dǎo)。

所以,一般一個公司研究數(shù)值模擬和選型計算的部門,會招一半學(xué)機械的和一半學(xué)力學(xué)的。兩部分人在一起從不同側(cè)面討論,這樣計算出的結(jié)構(gòu)才會更好。

轉(zhuǎn)自公眾號:劉笑天 ANSYS學(xué)習(xí)與應(yīng)用

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