如何学习ANSYS之我见?【转发】

2017-07-07 by:CAE仿真在线来源:互联网

ANSYS有限元分析软件是一个多用途的有限元法软件,可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题,在许多领域中都得到了广泛应用,如航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、运动器械等。

ANSYS以多场耦合分析闻名,而且这的确是它的突出优点。除了分析传统的结构以外,对于流场的分析也非常在行,它的CFX,FLUENT均在流场分析中名列前茅,而它的电磁场分析功能也相当强大.而最引人注目的是,对于多场的分析,ANSYS采用了项目流程图的方式,用非常直观的方式直接在各个分析模块之间进行数据的拖拉和共享,从而可以实现非常复杂的数据传递,这种功能让其它赫赫有名的有限元软件如RADIOSS,PATRAN/NASTRAN,MARC,ABAQUS都望尘莫及。下面是一个ANSYS中耦合场分析的例子,从静电场传递数据到稳态热分析,再传递数据到瞬态热分析,接着传递到静力学分析,再传递数据到流场分析,在ANSYS Workbench中只需要不到一分钟的简单拖拉就可以形成,而其它的软件分析起来则相对比较费事。

ANSYS最初只有经典界面,非常不好使用,而自从Workbench推出来以后,这种情况大大改观。到今天,当ANSYS18.1推出来以后,其Workbench界面已经非常好用,操作起来相当方便,做一个有限元分析只需要简单的点点鼠标,顷刻之间就可以看到花花绿绿的应力云图,动感十足的变形动画。而最为重要的是,新版的Workbench可以说是为机械工程师们量身定做的,它不仅有非常齐全的单位设置,强大的内置材料库,也有非常贴近工程概念的边界条件设置,这让其它类似软件相形见绌,所以成为机械工程师们做仿真的首选软件。

那么如何学习ANSYS呢?

我看到现在有不少初学者还在ANSYS的经典界面中痛苦的挣扎,在里面讨论如何导入iges文件的问题,如何进行glue这种令人生厌的操作,我就颇为担心。我最初也是从经典界面而来,也走过许多的弯路。在最初学习的时候,别人告诉我,应该只用命令,而别用界面,当时我也试过,后来发现这种观点非常的不好,对我的学习造成了很大的误导。所以,鉴于这种痛苦的经历,为了避免大家重蹈覆辙,我觉得很有必要谈谈我的一些建议,希望为初学者指出一条快捷的道路。

首先,我们要明白,ANSYS是有限元分析软件。这意味着它是专业软件,它只是有限元方法的一种软件实现工具而已。所以,如果不懂有限元,学习ANSYS没有多大意义。我们看到,有很多人都好像赶时髦的一样在用ANSYS,但是他们在做完一个分析以后,甚至都不知道自己在做什么,结果是什么含义,他们一片茫然。这种学习方式,基本上没有什么用处。无论学习ANSYS多长时间,只要不深入到有限元理论本身,就不可能把ANSYS用好,而是始终浮在表层。因此,欲学ANSYS,先学有限元。

其次,我们也要知道,有限元法它只是一种数值分析方法而已。对于客观世界,我们总是用一些方程来加以描述其基本规律,而其中,很多物理现象是用微分方程组来描述的。而数值法只是求解微分方程组的一种方法而已。更进一步,数值方法包括有限元法,有限差分法,有限体积法,边界元法等,所以有限元法只是数值方法的一种。有限元法把对象划分为多个单元,然后对于每个单元列出其方程,最后组装得到整个研究对象的方程,然后求解这对方程组。热,结构,电磁,流场之所以最后求解不同,这主要是因为其单元方程不同,而单元方程是基于该单元所满足的具体物理规律给出来的。这就意味着,如果我们要懂该单元方程是什么意思,我们得先明白,该方程是从哪里来的。比如,对于结构分析而言,该单元方程的依据主要是弹性动力学;对于流体分析而言,单元方程的依据主要是质量守恒,动量守恒以及能量守恒的三个方程;对已电磁场而言,单元方程的依据是麦克斯韦方程组。对于热分析而言,单元方程来自于热传导方程。这就意味着,要懂得单元方程,我们先要弄明白我们所面对的是哪一个学科,需要先学习相关的基础课程。比如,要做结构分析,那么材料力学,弹性力学,机械振动是必须预先学习的,否则,我们就不知道单元方程的依据是什么。

接着,我们要知道,ANSYS有两种使用模式:经典界面和Workbench界面。经典界面对于初学者以及高级研究人员适合,而WORBENCH对于一般的工程师很适合。由于经典界面对于理解有限元方法非常合适,对于杆件的分析,平面问题的分析也很合适,所以当有限元方法学习完毕以后,进入经典界面学习简单的杆件分析,平面分析,这对理解有限元法是很有好处的。但是当在经典界面里面学习完杆件和平面问题分析以后,如果要进行三维实体模型的分析,我建议立即转入Workbench。Workbench对于零件分析,装配体的分析提供了强大支持,这种支持力度让经典界面望尘莫及。

总之,我以为,对于初学者而言,以下的学习道路是合适的:

首先,买一本Workbench的书,直接进入Workbench,做几个简单的三维实体模型的分析,感受一下有限元分析的思路,这可以获得关于有限元分析的感性认识,从而激发兴趣。在此阶段花费的时间不要超过一个月。

接着,开始学习材料力学和弹性力学,主要弄清楚基本理论。对于机械系的学生而言,材料力学早就学习过,所以主要需学习弹性力学。在弹性力学上,自学的时间不要超过2个月,只学习基本方程,以及直角坐标的解法就足够,也可以适当学习极坐标解法。

然后,开始学习有限元方法。对于有限元方法,建议学习《有限元方法基础教程》这本书,它由浅入深的讲解了有限元方法,需要的地方就着重讲解,而不需要的地方一带而过。建议在这里学习的时间是3-4个月左右。

然后,进入经典界面,学习杆件的分析,平面问题的分析,主要通过做例子。在此停留的时间不要超过2个月。

接着,进入Workbench界面。几乎所有的三维分析都应该在这里面进行,而且这里会成为我们以后做仿真的主战场。围绕Workbench,学习一下DesignModeler的建模方法,模型简化方法;接着重点学习Mechanical。在这里,Workbench的使用,学习半个月左右;DesignModeler,学习一个月左右;Mechanical,学习的时间就很长了,如果你锁定用ANSYS做有限元分析,那么我们人生的很多时间几乎都是与Mechanical打交道,它是取代经典界面的主要工具.

在进入Workbench半年以后,渐渐从静力学分析开始往外扩展。比如扩展到动力学分析,此时需要先学习机械振动这门课,然后你的视野会大大开阔,Workbench中的模态分析,谐响应分析,瞬态动力学分析就都可以使用了。

以后,若有对于流体分析的需要,就先看流体分析的教程,然后学习CFX,或者FLUENT,都很好。

或者,如果有对于热分析的需要,就先看传热学方面的教程,然后学习Workbench中的热分析模块。

或者,如果有对于电磁分析的需要,就先获得电磁场的基本知识,然后学习Workbench中的静电场,静磁场分析模块

最后,如果在实际问题中有遇到多场耦合分析的问题,则ANSYS是首选。可以做几个多物理场分析的例子,就可以直接上手。

学习ANSYS十多年,深感ANSYS博大精深,恐怕一辈子也难得学习好。归根结底,是因为在ANSYS底层,是一堆专业课:弹性力学,塑性力学,蠕变力学,断裂力学,结构力学,流体力学,传热学,电磁场,有限元法,机械振动,有限体积法,等等课程。如果没有对这些课程较深的理解,要用好ANSYS恐怕没有那么容易。

以上就是我对于大家学习ANSYS的一些建议,希望对大家的学习有所帮助。

转自公众号: 宋博士 ANSYS学习与应用

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