如何学习ANSYS，成为CAE结构工程师（二）【转发】

2017-08-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

真正的工程师是对设计标准非常熟悉的,而刚刚毕业的研究生则是对论文熟悉的,两者知识体系的差别,也会慢慢的在实际工作中有所体现。另外,各种标准中虽然介绍了很多具体的计算方法,但是它不是理论手册,仅仅是个工程设计方法的介绍与规定。很多设计方法隐含的理论知识以及设计方案的权衡是无法体现的,这时就需要用户大量的搜集有关理论与方法的资料。翻看某某标准对应的《某某标准释义》,可以从另一个角度了解此标准所提出的要求的来龙去脉。

在涉及到复杂的非线性问题时(几何非线性、材料非线性、接触非线性等)。一方面,不同的问题对应着不同的数值计算方法,那么求解器的选取和各种参数的设置情况,就直接关系到程序的计算代价和是否能解决问题;另一方面,需要对非线性求解过程比较了解,知道程序的求解是如何实现的。只有这样才会对评价计算的结果,尤其是解决各种错误提供依据。对于可能的情况,能简化成线性行为的分析,就尽量不要用非线性算法计算。

ANSYS是基于有限单元法与现代数值计算方法发展而来的,因此适当了解《计算方法》很重要。还有《计算固体力学》也需要了解,因为ANSYS对非线性问题的处理就是基于此书中提到的复杂理论。

对于设计师而言,更偏向工程实践,要求简单快速;对于有限元分析师,要求理论深厚,灵活求解。一个合适的工程设计有限元分析师,应能将这两项要求有机的结合起来解决工程问题。

建模能力是个重要的能力。解决实际工程问题时,往往物理模型复杂、庞大,而有限元模型的建立需要大量的时间与精力。一般而言,在单次的分析过程中,有50%-80%的时间用来建立合适的有限元模型。

有限元模型的建立思路与产品模型不同,其要求在不改变基本结构的前提下,尽量简化模型,以方便建立高质量的有限元模型。所以,拿到一个复杂的真实产品模型时,应将对求解问题影响不大的局部零件和细节结构删除或合并,降低模型复杂程度,而后考虑适当分割模型,以利于划分高质量的网格。当然,在应力集中区域,任何半径的倒角都是有利的,应予以保留。

高效率的建立出一个高质量、具有代表性、满足精度和求解时间要求与计算机求解能力等要求的有限元模型,对于后续的求解过程十分重要。求解一个不负责任的有限元模型,往往带来无限的错误。

对于建模能力,由于有限元软件的前处理部分,一般是科学家为了解决工程问题和科学问题而开发的,计算能力是需要优先解决的问题,而前处理能力往往不擅长。随着有限元软件的发展尤其是Workbnch15.0平台的推出,其能与各种大型三维机械设计软件,如、SW、UG、PRO/E、CATIA等建立的三维模型进行无缝连接。

这些软件具有:界面人性化(代表着软件界面设计的先进生产力)、操作简单(三维设计的人员一般没有专职有限元分析人员那么高深的有限元理论知识;设计的精髓是改图)、功能强大(各种复杂的模型建立与出具工程图)、用户群广泛(遇到软件问题可以有很多人能帮助解决)、专业化(比如功能极其强大的Catia非常很适合数十万零件级的巨大产品设计、工厂全厂设计、复杂曲面建模、虚拟加工、3D扫描逆向工程等;PRO/E适合各种模具的设计;汽车等行业的复杂曲面常用UG建立;SW适合基本的简单机械的设计,而其界面人性化程度是这四个软件中最好的)等特点。

对于分析人员,实体模型的建立,建议用3个月时间学习一款最方便其使用的三维机械设计软件。这样也能更快速的为划分高质量网格,切割出合适的物理模型,尽最大可能的提升建模效率。建立实体模型是生成三维的精确有限元模型的基础,高质量的有限元模型又是保证计算精度、速度和结果正确性的基础。

建模能力的培养需要大量的练习。一个好的建模思想与习惯有利于提高效率。比如多个不规则钣金件组成的模型,用多零件单独建模,并组成装配体会非常复杂,可以考虑用放样再抽壳的方法就极其容易了。

复杂形状的模型,都需要分割成多个相对简单形状的“分块”后,才可以划分出高质量的网格。很多时候,对模型剖分的思路与方法,更多的是凭借着用户的经验。一些常见的结构剖分方法,可以用一些相对标准化的思路进行剖切。

ANSYS Workbench平台DM模块的建模思想与三维机械设计软件有个很大的不同,就是零件装配关系的设置。在DM模块中,多个零件互相的位置关系是单件建模时,将特征数据合并到单件内。而机械设计软件(如SoildWorks),一般将装配关系单独列到整体特征树,单独选择零件,可以观察到与其有关的所有配合关系,在修改模型时会比DM的镶套整合的思路更加高效直观。这些都是DM模块没有的人性化功能。

大部分公司设计的产品,大体的结构、机构形式很有限,不用太长时间就能掌握。但是要把东西设计好,好多细节的地方就需要理论与经验的结合,对原来的结构进行改进。对于工程师而言,出图是次要的事情,那是设计师的职责。

学机械出身的人,看一眼装配图或者去现场实习一下,基本就掌握了将来所计算的实物重点在什么地方和比较关注的部位。这就是为什么有那么多的“山寨”产品。

但是随着接触时间增多,可能力学的基础知识,会对结构认识的更深刻,往往不同专业的人思维方式是不同的。比如,对于同样一个轴上的卸载槽,机械的可能更关注机械设计手册给多少尺寸,就是这么定的;而学力学的可能就像为什么这么定,是不是能从数学模型和力学模型上给出准确的推导。

所以,一般一个公司研究数值模拟和选型计算的部门,会招一半学机械的和一半学力学的。两部分人在一起从不同侧面讨论,这样计算出的结构才会更好。

转自公众号:刘笑天 ANSYS学习与应用

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