如何學習ANSYS之我見?【轉發】

2017-07-07 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ANSYS有限元分析軟件是一個多用途的有限元法軟件,可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題,在許多領域中都得到了廣泛應用,如航空航天、汽車工業、生物醫學、橋梁、建筑、電子產品、重型機械、運動器械等。

ANSYS以多場耦合分析聞名,而且這的確是它的突出優點。除了分析傳統的結構以外,對于流場的分析也非常在行,它的CFX,FLUENT均在流場分析中名列前茅,而它的電磁場分析功能也相當強大.而最引人注目的是,對于多場的分析,ANSYS采用了項目流程圖的方式,用非常直觀的方式直接在各個分析模塊之間進行數據的拖拉和共享,從而可以實現非常復雜的數據傳遞,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ANSYS中耦合場分析的例子,從靜電場傳遞數據到穩態熱分析,再傳遞數據到瞬態熱分析,接著傳遞到靜力學分析,再傳遞數據到流場分析,在ANSYS Workbench中只需要不到一分鐘的簡單拖拉就可以形成,而其它的軟件分析起來則相對比較費事。

ANSYS最初只有經典界面,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ANSYS18.1推出來以后,其Workbench界面已經非常好用,操作起來相當方便,做一個有限元分析只需要簡單的點點鼠標,頃刻之間就可以看到花花綠綠的應力云圖,動感十足的變形動畫。而最為重要的是,新版的Workbench可以說是為機械工程師們量身定做的,它不僅有非常齊全的單位設置,強大的內置材料庫,也有非常貼近工程概念的邊界條件設置,這讓其它類似軟件相形見絀,所以成為機械工程師們做仿真的首選軟件。

那么如何學習ANSYS呢?

我看到現在有不少初學者還在ANSYS的經典界面中痛苦的掙扎,在里面討論如何導入iges文件的問題,如何進行glue這種令人生厭的操作,我就頗為擔心。我最初也是從經典界面而來,也走過許多的彎路。在最初學習的時候,別人告訴我,應該只用命令,而別用界面,當時我也試過,后來發現這種觀點非常的不好,對我的學習造成了很大的誤導。所以,鑒于這種痛苦的經歷,為了避免大家重蹈覆轍,我覺得很有必要談談我的一些建議,希望為初學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。這意味著它是專業軟件,它只是有限元方法的一種軟件實現工具而已。所以,如果不懂有限元,學習ANSYS沒有多大意義。我們看到,有很多人都好像趕時髦的一樣在用ANSYS,但是他們在做完一個分析以后,甚至都不知道自己在做什么,結果是什么含義,他們一片茫然。這種學習方式,基本上沒有什么用處。無論學習ANSYS多長時間,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ANSYS,先學有限元。

其次,我們也要知道,有限元法它只是一種數值分析方法而已。對于客觀世界,我們總是用一些方程來加以描述其基本規律,而其中,很多物理現象是用微分方程組來描述的。而數值法只是求解微分方程組的一種方法而已。更進一步,數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值方法的一種。有限元法把對象劃分為多個單元,然后對于每個單元列出其方程,最后組裝得到整個研究對象的方程,然后求解這對方程組。熱,結構,電磁,流場之所以最后求解不同,這主要是因為其單元方程不同,而單元方程是基于該單元所滿足的具體物理規律給出來的。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,對于結構分析而言,該單元方程的依據主要是彈性動力學;對于流體分析而言,單元方程的依據主要是質量守恒,動量守恒以及能量守恒的三個方程;對已電磁場而言,單元方程的依據是麥克斯韋方程組。對于熱分析而言,單元方程來自于熱傳導方程。這就意味著,要懂得單元方程,我們先要弄明白我們所面對的是哪一個學科,需要先學習相關的基礎課程。比如,要做結構分析,那么材料力學,彈性力學,機械振動是必須預先學習的,否則,我們就不知道單元方程的依據是什么。

接著,我們要知道,ANSYS有兩種使用模式:經典界面和Workbench界面。經典界面對于初學者以及高級研究人員適合,而WORBENCH對于一般的工程師很適合。由于經典界面對于理解有限元方法非常合適,對于桿件的分析,平面問題的分析也很合適,所以當有限元方法學習完畢以后,進入經典界面學習簡單的桿件分析,平面分析,這對理解有限元法是很有好處的。但是當在經典界面里面學習完桿件和平面問題分析以后,如果要進行三維實體模型的分析,我建議立即轉入Workbench。Workbench對于零件分析,裝配體的分析提供了強大支持,這種支持力度讓經典界面望塵莫及。

總之,我以為,對于初學者而言,以下的學習道路是合適的:

首先,買一本Workbench的書,直接進入Workbench,做幾個簡單的三維實體模型的分析,感受一下有限元分析的思路,這可以獲得關于有限元分析的感性認識,從而激發興趣。在此階段花費的時間不要超過一個月。

接著,開始學習材料力學和彈性力學,主要弄清楚基本理論。對于機械系的學生而言,材料力學早就學習過,所以主要需學習彈性力學。在彈性力學上,自學的時間不要超過2個月,只學習基本方程,以及直角坐標的解法就足夠,也可以適當學習極坐標解法。

然后,開始學習有限元方法。對于有限元方法,建議學習《有限元方法基礎教程》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。建議在這里學習的時間是3-4個月左右。

然后,進入經典界面,學習桿件的分析,平面問題的分析,主要通過做例子。在此停留的時間不要超過2個月。

接著,進入Workbench界面。幾乎所有的三維分析都應該在這里面進行,而且這里會成為我們以后做仿真的主戰場。圍繞Workbench,學習一下DesignModeler的建模方法,模型簡化方法;接著重點學習Mechanical。在這里,Workbench的使用,學習半個月左右;DesignModeler,學習一個月左右;Mechanical,學習的時間就很長了,如果你鎖定用ANSYS做有限元分析,那么我們人生的很多時間幾乎都是與Mechanical打交道,它是取代經典界面的主要工具.

在進入Workbench半年以后,漸漸從靜力學分析開始往外擴展。比如擴展到動力學分析,此時需要先學習機械振動這門課,然后你的視野會大大開闊,Workbench中的模態分析,諧響應分析,瞬態動力學分析就都可以使用了。

以后,若有對于流體分析的需要,就先看流體分析的教程,然后學習CFX,或者FLUENT,都很好。

或者,如果有對于熱分析的需要,就先看傳熱學方面的教程,然后學習Workbench中的熱分析模塊。

或者,如果有對于電磁分析的需要,就先獲得電磁場的基本知識,然后學習Workbench中的靜電場,靜磁場分析模塊

最后,如果在實際問題中有遇到多場耦合分析的問題,則ANSYS是首選。可以做幾個多物理場分析的例子,就可以直接上手。

學習ANSYS十多年,深感ANSYS博大精深,恐怕一輩子也難得學習好。歸根結底,是因為在ANSYS底層,是一堆專業課:彈性力學,塑性力學,蠕變力學,斷裂力學,結構力學,流體力學,傳熱學,電磁場,有限元法,機械振動,有限體積法,等等課程。如果沒有對這些課程較深的理解,要用好ANSYS恐怕沒有那么容易。

以上就是我對于大家學習ANSYS的一些建議,希望對大家的學習有所幫助。

轉自公眾號: 宋博士 ANSYS學習與應用

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