如何学习ANSYS，成为CAE结构工程师（三）【转发】

由于ANSYS软件创立44年来没有官方的中文版,仅有英、法、德、日版。语言问题对于从业已久的工程师而言可能是个大问题,很多人强烈的希望获得翻译版的ANSYS软件。笔者认为,作为初学者,看到满屏幕的英文也许非常困难。但是熟练以后就会发现,其实常用的功能涉及到的单词不超过1000个,而且很多操作习惯后,会记住有关图标,了解用途即可。

也可以考虑更改程序变量后成为“中文版”的ABAQUS软件;或者刚刚被AUTODESK公司收购的Simulation,此软件有官方中文版;以及各种高端三维机械设计软件,如SW、PRO/E、UG、Catia等,也以插件的形式扩展了有限元模拟软件,其大多操作极其人性化,一般设计人员可在一个月内具备基本的分析计算能力。但其精度与功能上与MSC、ABAQUS、LS-DYNA、ANSYS、CFX、Fluent等略逊。

汉化版的ANSYS软件,笔者领略过经典版的10.0和12.1和经过二次开发的12.1Workbench。虽然ANSYS的Workbench平台从7.0版就已出现(至今已有十多年的历史),但是毕竟ANSYS是90年代进入中国,经典版的用户群已经有20多年的深厚积淀。从大学教授到其学生,再到大型企业和研究机构等,基本都是从经典版开始接触的。用户群基数巨大,对软件的了解与使用都很深入,对经典平台界面的依赖性,也可以说使用的惯性很大。

一般来说,刚刚开始接触有限元的年轻人和追求最新技术的公司,会考虑Workbench平台。其用户群小,也造成软件教程不多。虽然教程有限和语言受限,但是笔者依然不建议尝试翻译版的ANSYS Workbench软件。因为,其翻译不一定准确,而不同用户交流起来,一个说中文词汇,一个说英文,容易有沟通障碍。

如果一直被语言问题所吓倒,并且没有条件投入巨资,进行二次开发的翻译工作,请放弃ANSYS。

针对初学者,除了之前讲到的翻阅标准和寻找典型例题学习外,对于软件操作,可找到ANSYS Workbench平台的官方教材,根据教材讲解顺序逐步练习。

学会如何搜集和积累各种资料,也是一种学习能力。在学习的任何阶段,都需要大量的资料支撑。用户必须在尽可能想的到的,尽可能所有的渠道,搜集尽可能多的资料后,通过翻阅和筛选,找到相对更适合自己的部分,加以钻研并尝试掌握。搜集时应先解决数量问题,全面翻阅后,然后考虑质量和内涵问题。自学的过程是艰苦和孤独的,好的方法不过是少走弯路而已。

有些操作以前需要插入命令流,在新版中可以直接图形化操作等,如子模型分析。然后建立一些简单的模型,具有针对性的练习,对单一模块和单一功能的操作。这样减少计算规模,也减少出错。够相对灵活的掌握操作知识的时候,就更需要参考其他人的经验与技术了。多借鉴成功经验与技巧有利于少走弯路。有机会的话,可以多看看专业机构出具的实际产品的分析报告。虽然其不一定能很详细的介绍求解设置,但是其可以提供一个基本思路的有利参考。

当一个个实际问题被解决、一个个操作技巧被掌握、一个个ERROR被消除、一天天累计的个人努力被越来越多的认可,这种成就感,会让人感到非常幸福的。

人的记忆力是有限的,软件操作是个熟练工种,需要多次的练习与重复的操作以便掌握。有些操作也许不经常使用,定期的单独练习一下,有利于巩固记忆。

做工程的,最忌讳把设计搞的太复杂,能简单就要简单。越简单,越可靠(墨菲法则)。无论如何,软件仅仅是一个机械化的根据用户指令进行运行的计算工具,其本身没有判断指令的合理性与正确性的能力,不能代替一个充满知识与经验的头脑,软件只是能让问题的解决更有效率而已。评判一个有限元工程师的真实水平,应看他或她脱离了ANSYS软件后,还能做哪些工作。

随着有限元技术的发展,出现了越来越多,越来越精确的单元以及更广泛的分析功能和更人性化的操作方式。比如ANSYS从经典版到Workbench平台的跨越,以及ANSYS公司对CFX软件的深刻整合等。尤其是一些高端三维机械设计软件的有限元分析插件,它们的图形界面和操作非常人性化,极其简单易懂,使得初学者也能完成很多方面的分析工作。而价格上,SolidWorks软件的结构有限元分析插件大约15万人民币,类似的ANSYS机械设计模块则约为15万美元,相对要低廉的很多。这就带来一个问题,为什么还要学习理论知识呢?笔者提出一些建议与感想:

1. 只有分析者理解了需要解决的问题,知道应该如何建模、如何简化、如何选择合适的单元与边界条件和算法去等效模拟设计工况,了解有限元软件的性能、软件求解方式与假设和局限性、数据输入的方式和在分析的全阶段检查,并避免各种错误,才能可能得出可靠的结果。商业软件只提供给用户前后处理操作和执行文件,其源程序对于用户是黑匣子,这样,分析者将面对许多选择和困惑。若不理解有限元的基本概念、程序包含的内容和这些选项的内涵,分析者将会非常被动。最简单的现象是,算错了都不知道是怎么错的。因此,有限元工程师,必须理解有限元分析的基本概念。

分析者不能完全依赖软件计算,而得出结论性结果。应该具备相关的理论计算基础与经验,以期验证计算的正确性,以及拥有一个正确修改设计方案的思路与方法。针对相对简单的模型或工况,很多相关的设计标准与手册,都可以给出简化的手工计算方法。

2. 由于个人理解与实践经验的不同,即使在相同的设计条件下,不同人的计算结果也可能会不尽相同。故而,要得到一个尽可能可靠的数值结果,还需要多人间的独立分析,综合评定分析结果,以尽量排除人为因素。另外,由于数值分析的各种假设与算法的限制,其结果与真解之间,几乎永远有差别。一个可靠的结果,还需要与实验值的交叉验证与证明,才足够可信。甚至有时候只有实验值才是可信的。

3. 现在,越来越多的结构工程师希望在解决问题时,只需区分类型和条件,让软件自动生成必要的数学模型,完成复杂而重复的分析和设计过程。最后,由制图工具完成生产图和施工图。在这种环境中,结构工程师唯一的责任,就是明确所要解决的问题,然后评价最后的设计“结果”。

这种设计思路注定是灾难性的。让计算机成为知识、经验和思维的替代品,这是非常令人不安的。这使人们相信,他们仅仅简单地依靠计算机程序,就可以“解决”工程问题了,而没有认识到高质量的设计,只能是由渊博的工程理论知识和大量的经验以及艰辛的脑力劳动相结合的产物。有什么办法才能使工程界,改变过分依赖计算机软件的情况不再滥用?这没有简单的答案,需要用户在掌握大量基础知识的前提下,谨慎的考虑。

作为一个合格的有限元工作者,应当具备以下素质:对复杂问题的建模简化与特征等效;软件的操作技巧、计算结果的评价能力、工程问题的研究能力、误差控制能力等。

另外,由于有限单元算法本质上的原因,在ANSYS Workbench平台中,执行绝大多数操作后,一般都不能实现在常用应用软件中,已普遍拥有的倒退和撤销功能。就像人生没有彩排一样,用户必须时刻记住所有的操作,随时保存随时备份,以防止因操作错误或者求解失败后的前功尽弃与推倒重来。有限元就是现场直播。