如何學習ANSYS，成為CAE結構工程師（二）【轉發】

2017-08-22 by:CAE仿真在線來源:互聯網

真正的工程師是對設計標準非常熟悉的,而剛剛畢業的研究生則是對論文熟悉的,兩者知識體系的差別,也會慢慢的在實際工作中有所體現。另外,各種標準中雖然介紹了很多具體的計算方法,但是它不是理論手冊,僅僅是個工程設計方法的介紹與規定。很多設計方法隱含的理論知識以及設計方案的權衡是無法體現的,這時就需要用戶大量的搜集有關理論與方法的資料。翻看某某標準對應的《某某標準釋義》,可以從另一個角度了解此標準所提出的要求的來龍去脈。

在涉及到復雜的非線性問題時(幾何非線性、材料非線性、接觸非線性等)。一方面,不同的問題對應著不同的數值計算方法,那么求解器的選取和各種參數的設置情況,就直接關系到程序的計算代價和是否能解決問題;另一方面,需要對非線性求解過程比較了解,知道程序的求解是如何實現的。只有這樣才會對評價計算的結果,尤其是解決各種錯誤提供依據。對于可能的情況,能簡化成線性行為的分析,就盡量不要用非線性算法計算。

ANSYS是基于有限單元法與現代數值計算方法發展而來的,因此適當了解《計算方法》很重要。還有《計算固體力學》也需要了解,因為ANSYS對非線性問題的處理就是基于此書中提到的復雜理論。

對于設計師而言,更偏向工程實踐,要求簡單快速;對于有限元分析師,要求理論深厚,靈活求解。一個合適的工程設計有限元分析師,應能將這兩項要求有機的結合起來解決工程問題。

建模能力是個重要的能力。解決實際工程問題時,往往物理模型復雜、龐大,而有限元模型的建立需要大量的時間與精力。一般而言,在單次的分析過程中,有50%-80%的時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品模型不同,其要求在不改變基本結構的前提下,盡量簡化模型,以方便建立高質量的有限元模型。所以,拿到一個復雜的真實產品模型時,應將對求解問題影響不大的局部零件和細節結構刪除或合并,降低模型復雜程度,而后考慮適當分割模型,以利于劃分高質量的網格。當然,在應力集中區域,任何半徑的倒角都是有利的,應予以保留。

高效率的建立出一個高質量、具有代表性、滿足精度和求解時間要求與計算機求解能力等要求的有限元模型,對于后續的求解過程十分重要。求解一個不負責任的有限元模型,往往帶來無限的錯誤。

對于建模能力,由于有限元軟件的前處理部分,一般是科學家為了解決工程問題和科學問題而開發的,計算能力是需要優先解決的問題,而前處理能力往往不擅長。隨著有限元軟件的發展尤其是Workbnch15.0平臺的推出,其能與各種大型三維機械設計軟件,如、SW、UG、PRO/E、CATIA等建立的三維模型進行無縫連接。

這些軟件具有:界面人性化(代表著軟件界面設計的先進生產力)、操作簡單(三維設計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;設計的精髓是改圖)、功能強大(各種復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)、專業化(比如功能極其強大的Catia非常很適合數十萬零件級的巨大產品設計、工廠全廠設計、復雜曲面建模、虛擬加工、3D掃描逆向工程等;PRO/E適合各種模具的設計;汽車等行業的復雜曲面常用UG建立;SW適合基本的簡單機械的設計,而其界面人性化程度是這四個軟件中最好的)等特點。

對于分析人員,實體模型的建立,建議用3個月時間學習一款最方便其使用的三維機械設計軟件。這樣也能更快速的為劃分高質量網格,切割出合適的物理模型,盡最大可能的提升建模效率。建立實體模型是生成三維的精確有限元模型的基礎,高質量的有限元模型又是保證計算精度、速度和結果正確性的基礎。

建模能力的培養需要大量的練習。一個好的建模思想與習慣有利于提高效率。比如多個不規則鈑金件組成的模型,用多零件單獨建模,并組成裝配體會非常復雜,可以考慮用放樣再抽殼的方法就極其容易了。

復雜形狀的模型,都需要分割成多個相對簡單形狀的“分塊”后,才可以劃分出高質量的網格。很多時候,對模型剖分的思路與方法,更多的是憑借著用戶的經驗。一些常見的結構剖分方法,可以用一些相對標準化的思路進行剖切。

ANSYS Workbench平臺DM模塊的建模思想與三維機械設計軟件有個很大的不同,就是零件裝配關系的設置。在DM模塊中,多個零件互相的位置關系是單件建模時,將特征數據合并到單件內。而機械設計軟件(如SoildWorks),一般將裝配關系單獨列到整體特征樹,單獨選擇零件,可以觀察到與其有關的所有配合關系,在修改模型時會比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。

大部分公司設計的產品,大體的結構、機構形式很有限,不用太長時間就能掌握。但是要把東西設計好,好多細節的地方就需要理論與經驗的結合,對原來的結構進行改進。對于工程師而言,出圖是次要的事情,那是設計師的職責。

學機械出身的人,看一眼裝配圖或者去現場實習一下,基本就掌握了將來所計算的實物重點在什么地方和比較關注的部位。這就是為什么有那么多的“山寨”產品。

但是隨著接觸時間增多,可能力學的基礎知識,會對結構認識的更深刻,往往不同專業的人思維方式是不同的。比如,對于同樣一個軸上的卸載槽,機械的可能更關注機械設計手冊給多少尺寸,就是這么定的;而學力學的可能就像為什么這么定,是不是能從數學模型和力學模型上給出準確的推導。

所以,一般一個公司研究數值模擬和選型計算的部門,會招一半學機械的和一半學力學的。兩部分人在一起從不同側面討論,這樣計算出的結構才會更好。

轉自公眾號:劉笑天 ANSYS學習與應用

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