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(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)非常熟悉的,而剛剛畢業(yè)的研究生則是對(duì)論文熟悉的,兩者知識(shí)體系的差別,也會(huì)慢慢的在實(shí)際工作中有所體現(xiàn)。另外,各種標(biāo)準(zhǔn)中雖然介紹了很多具體的計(jì)算方法,但是它不是理論手冊(cè),僅僅是個(gè)工程設(shè)計(jì)方法的介紹與規(guī)定。很多設(shè)計(jì)方法隱含的理論知識(shí)以及設(shè)計(jì)方案的權(quán)衡是無法體現(xiàn)的,這時(shí)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的《某某標(biāo)準(zhǔn)釋義》,可以從另一個(gè)角度了解此標(biāo)準(zhǔn)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(shí)(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(duì)應(yīng)著不同的數(shù)值計(jì)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(jì)算代價(jià)和是否能解決問題;另一方面,需要對(duì)非線性求解過程比較了解,知道程序的求解是如何實(shí)現(xiàn)的。只有這樣才會(huì)對(duì)評(píng)價(jià)計(jì)算的結(jié)果,尤其是解決各種錯(cuò)誤提供依據(jù)。對(duì)于可能的情況,能簡(jiǎn)化成線性行為的分析,就盡量不要用非線性算法計(jì)算。

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

對(duì)于設(shè)計(jì)師而言,更偏向工程實(shí)踐,要求簡(jiǎn)單快速;對(duì)于有限元分析師,要求理論深厚,靈活求解。一個(gè)合適的工程設(shè)計(jì)有限元分析師,應(yīng)能將這兩項(xiàng)要求有機(jī)的結(jié)合起來解決工程問題。

建模能力是個(gè)重要的能力。解決實(shí)際工程問題時(shí),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(shí)間與精力。一般而言,在單次的分析過程中,有50%-80%的時(shí)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(jiǎn)化模型,以方便建立高質(zhì)量的有限元模型。所以,拿到一個(gè)復(fù)雜的真實(shí)產(chǎn)品模型時(shí),應(yīng)將對(duì)求解問題影響不大的局部零件和細(xì)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(gè)高質(zhì)量、具有代表性、滿足精度和求解時(shí)間要求與計(jì)算機(jī)求解能力等要求的有限元模型,對(duì)于后續(xù)的求解過程十分重要。求解一個(gè)不負(fù)責(zé)任的有限元模型,往往帶來無限的錯(cuò)誤。

對(duì)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(jì)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(zhǎng)。隨著有限元軟件的發(fā)展尤其是Workbnch15.0平臺(tái)的推出,其能與各種大型三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件,如、SW、UG、PRO/E、CATIA等建立的三維模型進(jìn)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(jì)的先進(jìn)生產(chǎn)力)、操作簡(jiǎn)單(三維設(shè)計(jì)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(shí);設(shè)計(jì)的精髓是改圖)、功能強(qiáng)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(qiáng)大的Catia非常很適合數(shù)十萬(wàn)零件級(jí)的巨大產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工廠全廠設(shè)計(jì)、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(jì);汽車等行業(yè)的復(fù)雜曲面常用UG建立;SW適合基本的簡(jiǎn)單機(jī)械的設(shè)計(jì),而其界面人性化程度是這四個(gè)軟件中最好的)等特點(diǎn)。

對(duì)于分析人員,實(shí)體模型的建立,建議用3個(gè)月時(shí)間學(xué)習(xí)一款最方便其使用的三維機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(gè)好的建模思想與習(xí)慣有利于提高效率。比如多個(gè)不規(guī)則鈑金件組成的模型,用多零件單獨(dú)建模,并組成裝配體會(huì)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(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單形狀的“分塊”后,才可以劃分出高質(zhì)量的網(wǎng)格。很多時(shí)候,對(duì)模型剖分的思路與方法,更多的是憑借著用戶的經(jīng)驗(yàn)。一些常見的結(jié)構(gòu)剖分方法,可以用一些相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化的思路進(jìn)行剖切。

ANSYS Workbench平臺(tái)DM模塊的建模思想與三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件有個(gè)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(gè)零件互相的位置關(guān)系是單件建模時(shí),將特征數(shù)據(jù)合并到單件內(nèi)。而機(jī)械設(shè)計(jì)軟件(如SoildWorks),一般將裝配關(guān)系單獨(dú)列到整體特征樹,單獨(dú)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(shí)會(huì)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(jì)的產(chǎn)品,大體的結(jié)構(gòu)、機(jī)構(gòu)形式很有限,不用太長(zhǎng)時(shí)間就能掌握。但是要把東西設(shè)計(jì)好,好多細(xì)節(jié)的地方就需要理論與經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合,對(duì)原來的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于工程師而言,出圖是次要的事情,那是設(shè)計(jì)師的職責(zé)。

學(xué)機(jī)械出身的人,看一眼裝配圖或者去現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)一下,基本就掌握了將來所計(jì)算的實(shí)物重點(diǎn)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(shí)間增多,可能力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的更深刻,往往不同專業(yè)的人思維方式是不同的。比如,對(duì)于同樣一個(gè)軸上的卸載槽,機(jī)械的可能更關(guān)注機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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(zhǔn)確的推導(dǎo)。

所以,一般一個(gè)公司研究數(shù)值模擬和選型計(jì)算的部門,會(huì)招一半學(xué)機(jī)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(jì)算出的結(jié)構(gòu)才會(huì)更好。

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

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