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怎样学习有限元分析才能更快?

2022-4-26 14:53| 发布者: weixin| 查看: 401| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: ANSYS功能强大,也很吸引人,但真正是使其成为手中一把利剑的人少之又少。也许文章比较长,感谢你们有耐心把它读完。
ANSYS功能强大,也很吸引人,但真正是使其成为手中一把利剑的人少之又少。也许文章比较长,感谢你们有耐心把它读完。

ANSYS,公认的难学、难用,但并非如我们想象的那样难于上手,就像学习一门语言,入门之后在兴趣的驱使下,还是能够征服它的。研究生阶段,使用ANSYS完成了863项目子课题-尿素合成塔数值模拟系统的开发工作(开发平台-ANSYS),有了这种经历,自己也有胆出来把经验分享出来了。

一、如何入门
ANSYS难学,是因为入门难,目前国内有大量的ANSYS书籍,而且都有一个很挺的名字,但一个又一个的初学者发现,在学完这些拥有靓丽名字的ANSYS书籍之后,碰到问题依然是一头雾水,不知道如何下手,心里上首先产生了一种畏惧心理,以为是ANSYS软件本身难学的原因,其实这本身并非是软件的问题,也不是个人的不努力,而是努力的方向不对。

想要会用而不是学好ANSYS,首先就要加深对ANSYS的理解,也就是它是怎么工作的,明白了这些再拿到问题就不会无从下手,而ANSYS是如何工作从国内大多数书籍上(很多是直接翻译ANSYS英文帮助,这是一种误人子弟和不负责任的做法)是学不到的。ANSYS这款软件包括前处理、求解和后处理三部分,前处理主要是建立模型什么的并不难理解,后处理是等计算完毕用来处理计算结果的,关键是在求解这一部分,把这一部分理解好了就会拨开迷雾见到阳光了。ANSYS工作过程如下:

首先,我们在前处理模块建立模型,也就是我们看到的工程系统的外形(称为有限元实体模型)。

建出模型后,我们要将其转化为有限元模型,在这部分我们需要选择单元类型,输入材料参数和匹配单元与模型相应部位的对应关系。ANSYS计算出来的都是变位(也就是模型的位移),然后通过位移导出应变,再使用应变值导出应力值(输入材料参数就是为了使用应变算出应力值),当然这些都是在程序内部完成的。这里我们遇到一个新的问题就是单元如何选取的问题,究竟选择什么样的单元合适,对初学者来说去详细了解单元的属性还不太现实,所以建议查阅资料看看别人用的单元类型,如果还只是处在入门阶段,想要真正熟练应用各种单元进行不同问题的分析,是非常难的,因为ANSYS单元库本身也只有100多种单元,不可能适用于所有单元。等我们选择了某种单元,输入了相应的材质参数(这个比较确定,各种材料有其固定的参数,比如E)之后,对模型进行网格划分,这是把实体模型转化为有限元模型的过程,任何一本ANSYS书籍上都有如何划分网格的详细介绍,不详述。

划分完网格后的模型,其实已经确定了内部各个单元应力是如何传递的,求解过程就是一个解方程组的过程,解前面通过单元网格划分得出的大量方程组,计算机去完成好了。

所以,在拿到一个问题后,我们要进行分析可以按以下步骤完成:

  · 建立实体模型;

  · 选择单元类型,划分网格;

  · 求解。

而在这些步骤中遇到一些问题,则随着对ANSYS软件本身的慢慢熟悉,会越来越得心应手,这不是学习ANSYS真正难的地方,大家不需要在这个方面产生畏惧。

二、正确分析
当我们对ANSYS的操作比较熟练了以后,就可以进入下一步的学习,拿到一个问题如何进行大体上正确的分析呢?

首先,要分析这个问题进行有限元分析想要得到的结果数据,比如应力场、温度场等等。其次,当知道了想要得到什么数据后,要学习通过什么途径能够得到这些数据,比如我们要想得到某结构的应力场,可以通过位移算出应变,通过应变算出应力,这时需要我们查阅相关资料得到通过弹性模量、杨氏模量和应变能够计算出应力的信息,这时我们就会知道在材料参数里需要输入弹性模量、杨氏模量才能得到应力值,而如何输入这些变量,只是对ANSYS操作的熟练程度而已,不知道的也能够查到怎样操作,而进行其它方面的计算都是如此。我们之所以一头雾水,是因为还不知道能够通过什么得到我们需要的数据,而一旦知道了这些需要的材料参数,就会信心大增了。

然后选择单元,这时如果你没有很多的有限元分析经验,会很迷茫,这也确实没有什么好的方法,我们可以查阅ANSYS帮助文件里关于哪些单元适用于那些场合的指南。把这些确定下来后,问题解决方案就确定了,后面的求解设置工作可以通过大量的练习来熟悉。有了这些基础,我们可以在拿到问题时进行大致准确的有限元分析,至于是否真正的正确,还需要进一步的验证。

三、高手应有的境界
一名真正意义上的高手应该达到怎样的境界呢?在拿到一个具体的问题后,察看本领域的最新理论研究成果,比如进行尿素合成塔分析,考虑层板间,想要得到层板应力场,查阅前人如何计算尿素合成塔层板的应力场的,现在有没有最新的研究成果,然后利用这些公式到ANSYS单元库里去查找单元,看看针对这种问题是按照什么计算公式来作为基础开发单元的,如果有那就再好不过了,如果没有则需要分析人员利用本领域最新的科研成果结合自己在ANSYS二次开放方面的知识,从二次开发的角度开发新的用于该问题的专门单元(这个过程比较难,但并不是不可完成,因为ANSYS本身已经开发出来100多种单元,而且只有这样的分析才是足够专业和令人信服的),否则扣只能是近似的结果了。我们用这种新开发的单元来作分析的话,即使不能做到真正与现实情况一致,但至少是最接近于真实应力场分布的分析,因为这是以最新的理论研究为基础做的分析。

所以,想真正的学好ANSYS,不但要知道怎样操作,更要知道如何扩充ANSYS,使它成为自己独一无二的ANSYS版本,这也是我们学习任何一款有限元软件的方向,否则就无法做到随心所欲、无所不能的使用这些利剑完成各种各样的分析。

来源:新浪 moneybolight的博客

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