ANSYS學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)【轉(zhuǎn)】

一、學(xué)習(xí)ANSYS需要認(rèn)識到的幾點(diǎn)

相對于其他應(yīng)用型軟件而言,ANSYS作為大型權(quán)威性的有限元分析軟件,對提高解決問題的能力是一個(gè)全面的鍛煉過程,是一門相當(dāng)難學(xué)的軟件,因而,要學(xué)好ANSYS,對學(xué)習(xí)者就提出了很高的要求,一方面,需要學(xué)習(xí)者有比較扎實(shí)的力學(xué)理論基礎(chǔ),對ANSYS分析結(jié)果能有個(gè)比較準(zhǔn)確的預(yù)測和判斷,可以說,理論水平的高低在很大程度上決定了ANSYS使用水平;另一方面,需要學(xué)習(xí)者不斷摸索出軟件的使用經(jīng)驗(yàn)不斷總結(jié)以提高解決問題的效率。在學(xué)習(xí)ANSYS的方法上,為了讓初學(xué)者有一個(gè)比較好的把握,特提出以下五點(diǎn)建議:

(1)將ANSYS的學(xué)習(xí)緊密與工程力學(xué)專業(yè)結(jié)合起來

毫無疑問,剛開始接觸ANSYS時(shí),如果對有限元,單元,節(jié)點(diǎn),形函數(shù)等《有限元單元法及程序設(shè)計(jì)》中的基本概念沒有清楚的了解話,那么學(xué)ANSYS很長一段時(shí)間都會(huì)感覺還沒入門,只是在僵硬的模仿,即使已經(jīng)了解了,在學(xué)ANSYS之前,也非常有必要先反復(fù)看幾遍書,加深對有限元單元法及其基本概念的理解。

作為工程力學(xué)專業(yè)的學(xué)生,雖然力學(xué)理論知識學(xué)了很多,但對許多基本概念的理解許多人基本上是只停留于一個(gè)符號的認(rèn)識上,理論認(rèn)識不夠,更沒有太多的感性認(rèn)識,比如一開始學(xué)ANSYS時(shí)可能很多人都不知道鋼材應(yīng)輸入一個(gè)多大的彈性模量是合適的。而在進(jìn)行有限元數(shù)值計(jì)算時(shí),需要對相關(guān)參數(shù)的數(shù)值有很清楚的了解,比如材料常數(shù),直接關(guān)系到結(jié)果的正確性,一定要準(zhǔn)確。實(shí)際上在學(xué)ANSYS時(shí),以前學(xué)的很多基本概念和力學(xué)理論知識都忘得差不多了,因而遇到有一定理論難度的問題可能很難下手,特別是對結(jié)果的分析,需要用到《材料力學(xué)》,《彈性力學(xué)》和《塑性力學(xué)》里面的知識進(jìn)行理論上的判斷,所以在這種情況下,復(fù)習(xí)一下《材料力學(xué)》,《彈性力學(xué)》和《塑性力學(xué)》是非常有必要的,加深對基本概念的理解,實(shí)際上,適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)并不要花很多時(shí)間,效果卻很明顯,不僅能勾起遙遠(yuǎn)的回憶,加深理解,又能使遇到的問題得到順利的解決。

在涉及到復(fù)雜的非線性問題時(shí)(比如接觸問題),一方面,不同的問題對應(yīng)著不同的數(shù)值計(jì)算方法,求解器的選擇直接關(guān)系到程序的計(jì)算代價(jià)和問題是否能順利解決;另一方面,需要對非線性的求解過程有比較清楚的了解,知道程序的求解是如何實(shí)現(xiàn)的。只有這樣,才能在程序的求解過程中,對計(jì)算的情況做出正確的判斷。因此,要能對具體的問題選擇什么計(jì)算方法做出正確判斷以及對計(jì)算過程進(jìn)行適當(dāng)控制,對《計(jì)算方法》里面的知識必須要相當(dāng)熟悉,將其理解運(yùn)用到ANSYS的計(jì)算過程中來,彼此相互加強(qiáng)理解。要知道ANSYS是基于有限元單元法與現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。因此,在解決非線性問題時(shí),千萬別忘了復(fù)習(xí)一下《計(jì)算方法》。此外,對《計(jì)算固體力學(xué)》也要有所了解(一門非常難學(xué)的課),ANSYS對非線性問題處理的理論基礎(chǔ)就是基于《計(jì)算固體力學(xué)》里面所講到的復(fù)雜理論。

作為學(xué)工程力學(xué)的學(xué)生,提高建模能力是非常急需加強(qiáng)的一個(gè)方面。在做偏向于理論的分析時(shí),可能對建模能力要求不是很高,但對于實(shí)際的工程問題,有限元模型的建立可以說是一個(gè)最重要的問題,而后面的工作變得相對簡單。建模能力的提高,需要掌握好的建模思想和技巧,但這只能治標(biāo)不能治本,最重要的還是要培養(yǎng)較強(qiáng)看圖紙的能力,而看圖紙的能力培養(yǎng)一直是我們所忽視的,因此要加強(qiáng)對《現(xiàn)代工程圖學(xué)》的回憶,最好能同時(shí)結(jié)合實(shí)際的操作。

以上幾個(gè)方面,只是說明在ANSYS的過程中,不要純粹的把ANSYS當(dāng)作一門功課來學(xué),這樣是不可能學(xué)好ANSYS的,而要針對問題來學(xué),特別是遇到的新問題,首先要看它涉及到那些理論知識,最好能作到有所了解,然后與ANSYS相關(guān)設(shè)置結(jié)合起來,作到心中有數(shù),不至于遇到某些參數(shù)設(shè)置時(shí),沒一點(diǎn)概念,不知道如何下手。工程力學(xué)專業(yè)更多的偏向于理論,往往覺得學(xué)了那么多的力學(xué)理論知識沒什么用,不知道將來自己能作什么,而學(xué)ANSYS實(shí)際起到了溝通理論與實(shí)踐的橋梁作用,使你能夠感到所學(xué)的知識都能用上,甚至激發(fā)出對本專業(yè)的熱愛。

(2)多問多思考多積累經(jīng)驗(yàn)

學(xué)習(xí)ANSYS的過程實(shí)際上是一個(gè)不斷解決問題的過程,問題遇到的越多,解決的越多,實(shí)際運(yùn)用ANNSYS的能力才會(huì)越高。對于初學(xué)者,必將會(huì)遇到許許多多的問題,對遇到的問題最好能記下來,認(rèn)真思考,逐個(gè)解決,積累經(jīng)驗(yàn)。只有這樣才會(huì)印象深刻,避免以后犯類似的錯(cuò)誤,即使遇到也能很快解決。因此,建議一開始接觸ANSYS就要注意以下三點(diǎn):

第一, 要多問,切記不要不懂就問。在使用ANSYS處理具體的問題時(shí),雖然會(huì)遇到大量ERROR提示,實(shí)際上,其中許多ERROR經(jīng)過自己的思考是能夠解決的簡單問題,只是由于缺乏經(jīng)驗(yàn)才感覺好難。因此,首先一定要自己思考,實(shí)在自己解決不了的問題才去問老師,在老師幫你解決的問題的過程中,去享受恍然大悟的感覺。

第二, 要有耐心,不要郁悶,多思考。對初學(xué)者而言,感覺ANSYS特別費(fèi)時(shí)間,又作不出什么東西,沒有成就感,容易產(chǎn)生心理疲勞,缺乏耐心?！翱嘀凶鳂贰睉?yīng)是學(xué)ANSYS的人所必須保持的一種良好心態(tài),往往就是那么一個(gè)ERROR要折磨你好幾天,使問題沒有任何進(jìn)展,遇到這種情況要能調(diào)整自己的心態(tài),坦然面對,要有耐心,針對問題積極思考,發(fā)現(xiàn)原因,堅(jiān)信沒有自己解決不了的問題,要能把解決問題當(dāng)作一種樂趣,時(shí)刻讓自己保持愉快的心情,真正當(dāng)你對問題有突破性進(jìn)展時(shí),迎接的必定是巨大的成就感。

第三, 注意經(jīng)驗(yàn)的積累,不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。一方面,初學(xué)時(shí),要注重自己經(jīng)驗(yàn)的積累(前面兩點(diǎn)說的就是這個(gè)問題),即在自己解決的問題中積累經(jīng)驗(yàn);另一方面,當(dāng)靈活運(yùn)用ANSYS的能力達(dá)到一定程度時(shí),要注重積累別人的經(jīng)驗(yàn),把別人的經(jīng)驗(yàn)為自己所用,使自己少走彎路,提高效率,方便自己問題的解決。對于ANSYS越學(xué)到后面就越感覺是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)問題,因?yàn)樵摱玫幕径级?麻煩的就是一些參數(shù)的調(diào)試,需要的是用時(shí)間去摸索,對同一類型的問題,別人的參數(shù)已經(jīng)調(diào)試好了,完全沒有必要自己去調(diào)試,直接拿來用即可。

(3)練習(xí)使用ANSYS最好直接找力學(xué)專業(yè)書后的習(xí)題來做

可能這一點(diǎn)與學(xué)習(xí)ANSYS的一般方法相背,我開始學(xué)ANSYS時(shí)也是照著書上現(xiàn)成的例子做,但照著書上的做就是做不出來,實(shí)在沒有耐心,就干脆從書上(如材力,彈力)直接找些簡單的習(xí)題來做。盡管簡單,但每一步都需要自己思考,只有思考了的東西才能成為自己的東西,慢慢的自己解決的問題多了,運(yùn)用ANSYS的能力提高相當(dāng)明顯,這可能是我無意中對學(xué)ANSYS在方法上的一點(diǎn)創(chuàng)新吧。我覺得直接從書上找習(xí)題做有以下好處:

第一, 從書上找習(xí)題練習(xí)是一種更加主動(dòng)的學(xué)習(xí)方法,由于整個(gè)分析過程都要獨(dú)立思考,實(shí)際上比照著書上練習(xí)難度更大。對初學(xué)者來說,照著書上練習(xí)很難理解為什么要這么做,因此,盡管做出來了,但以后遇到類似問題可能還是不知道 。

第二, 書上現(xiàn)成的例子基本上是非常經(jīng)典的,是不可能有錯(cuò)的,一旦需要獨(dú)立解決問題時(shí),由于沒有對錯(cuò)誤的處理經(jīng)驗(yàn),遇到錯(cuò)誤還是得要從頭摸索,可以說,ANSYS的使用過程就是一個(gè)解決ERROR的過程,ERROR實(shí)際上提供了問題的解決思路,而自己找問題做,由于水平并不高,必將會(huì)遇到大量的ERROR,對這些ERROR的解決,經(jīng)驗(yàn)的積累就是ANSYS運(yùn)用能力的提高。

第三, 將書上的習(xí)題用ANSYS來實(shí)現(xiàn),可以將習(xí)題的理論結(jié)果和ANSYS計(jì)算的數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證ANSYS計(jì)算結(jié)果的正確性,比較兩者結(jié)果的差異,分析產(chǎn)生差異的原因,加深對理論的理解,這是照著現(xiàn)成的例子練習(xí)所作不到的。

當(dāng)然,并不就說書上的例子毫無用處,多多看下書上的例子可以對ANSYS的整個(gè)分析問題的過程有比較清楚的了解,還可以借鑒一些處理問題的方法。

(四)保持帶著問題去看ANSYS是怎樣處理相關(guān)問題的良好習(xí)慣

可能平時(shí)在看關(guān)于ANSYS的參考書籍時(shí),對其中如何處理各種復(fù)雜問題的部分,看起來覺得也并不是很難理解,而一旦要自己處理一個(gè)復(fù)雜的非線性問題時(shí),就有點(diǎn)束手無策,不知道所分析的問題與書上的講的是怎么相關(guān)的。說明要將書上的東西真正用到具體的問題中還不是一件容易的事情。帶著問題去看ANSYS是怎樣處理相關(guān)問題的部分,可能是解決以上問題的一個(gè)好方法:當(dāng)著手分析一個(gè)復(fù)雜的問題時(shí),首先要分析問題的特征,比如一個(gè)二維接觸問題,就要分析它是不是軸對稱,是直線接觸還是曲線接觸(三維問題:是平面接觸還是曲面接觸),接觸狀態(tài)如何等等,然后帶著這些問題特征,將ANSYS書上相關(guān)的部分有對號入座的看書,一遇到與問題有關(guān)的介紹就其與實(shí)際問題聯(lián)系起來重點(diǎn)思考,理解了書上東西的同時(shí)問題也就解決了,這才真正將書上的知識變成了自己的東西,比如上個(gè)問題,如果是軸對稱,就需要設(shè)置KEYOPT(3),如果是曲線接觸就要設(shè)置相應(yīng)的關(guān)鍵字以消除初始滲透和初始間隙。可能就會(huì)有這樣的感慨:原來書上已經(jīng)寫得很清楚了,以前看書的時(shí)候怎么就沒什么印象了。

如果照著這種方法處理的問題多了的話,就會(huì)進(jìn)一步體會(huì)到:其實(shí),ANSYS的使用并不難,基本上是照著書上的說明一步一步作,并不需要思考多少問題,學(xué)ANSYS真正難得是將一個(gè)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成一個(gè)ANSYS能夠解決且容易解決的問題。這才是學(xué)習(xí)ANSYS所需要解決的一個(gè)核心問題,可以說其他一切問題都是圍繞它而展開的。對于初學(xué)者而言,注重的是ANSYS的實(shí)際操作,而提高“將一個(gè)實(shí)際問題轉(zhuǎn)化成一個(gè)ANSYS能夠解決且容易解決的問題” 的能力是一直所忽視的,這可能是造成許多人花了很多時(shí)間學(xué)ANSYS,而實(shí)際應(yīng)用能力卻很難提高的一個(gè)重要原因。

(五)熟悉GUI操作之后再來使用命令流

ANSYS一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以使用參數(shù)化的命令流,因而,學(xué)ANSYS最終應(yīng)非常熟練的使用命令流,一方面,可以大大提高解決問題的效率;另一方面,只有熟悉命令流之后,才會(huì)更方便的與人交流問題。

老師一開始講授ANSYS時(shí)往往把ANSYS吹得天昏地暗,其中一條必定是夸ANSYS的命令流是如何的方便,并且拿GUI與命令流大加對比一番。問題也確實(shí)如此,但對那些積極性相當(dāng)高且有點(diǎn)好高騖遠(yuǎn)的同學(xué)可能就會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo):最終是要掌握命令流,學(xué)了GUI還去學(xué)命令流多麻煩諾,干脆直接學(xué)命令流算了,不是可以省很多事嗎?如將這種想法付諸于實(shí)踐的話往往是適得其反,不僅掌握命令流的效率底,而且GUI又不熟悉,結(jié)果使用ANSYS處理問題來就有點(diǎn)無所適從,兩頭用得都不爽。因此,初學(xué)者容易一心想著使用命令流,忽視對GUI操作的練習(xí),難以認(rèn)識到命令流與GUI的聯(lián)系:沒有對GUI的熟練操作要掌握好命令流是很難的,或者代價(jià)是很高的。

直接去學(xué)命令流之所以難,一個(gè)是命令太多,不易知道那些命令是常用的,那些是不常用的,我們只要掌握最常用的就足夠了,而如果GUI使用得多的話,就會(huì)很清楚那些命令是常用的(實(shí)現(xiàn)的目的一樣),以后掌握命令流就有了針對性;另一個(gè)是一個(gè)命令的參數(shù)太多,同一個(gè)命令,通過參數(shù)的變化可以對應(yīng)不同的GUI操作,事先頭腦里沒有GUI印象的話,對參數(shù)的變化可能就沒有很多的體會(huì),難以加深對參數(shù)的理解。因此,建議初學(xué)者不用管命令,踏踏實(shí)實(shí)的熟悉GUI操作,當(dāng)GUI操作達(dá)到一定程度后,再去掌握命令流就是一件很容易的事情,當(dāng)然也需要大量的練習(xí)。實(shí)際上,大多數(shù)使用者而言,基本上是將GUI操作與命令流結(jié)合起來使用,沒有人會(huì)完全用命令流解決問題的,因?yàn)闆]有必要去記那么多命令,有些操作GUI用起來更加直觀方便。一般而言,前處理熟悉使用命令流比較方便,求解控制里面使用GUI比較好。

此外,還有一點(diǎn)初學(xué)者也需注意,一開始學(xué)ANSYS主要是熟悉ANSYS軟件,掌握處理問題的一般方法,不是用它來解決很復(fù)雜的問題來體現(xiàn)你的能力有多強(qiáng),一心只想著找有難度的問題來著,往往容易被問題掛死在一棵樹上而失去了整片森林。因此,最好多找些容易點(diǎn)的,涉及到不同類型問題的題來做練習(xí)。

二、一些ANSYS的使用經(jīng)驗(yàn)

ANSYS的使用主要是三個(gè)方面,前處理——建模與網(wǎng)格劃分,加載設(shè)置求解,后處理,下面就前兩方面談一下自己的使用經(jīng)驗(yàn)。

(1)前處理——建模與網(wǎng)格劃分

要提高建模能力,需要注意以下幾點(diǎn):

第一, 建議不要使用自底向上的建模方法,而要使用自頂向下的建模方法,充分熟悉BLC4,CYLIND等幾條直接生成圖元的命令,通過這幾條命令參數(shù)的變化,布爾操作的使用,工作平面的切割及其變換,可以得到所需的絕大部分實(shí)體模型,由于涉及的命令少,增加了使用的熟練程度,可以大大加快建模的效率。

第二, 對于比較復(fù)雜的模型,一開始就要在局部坐標(biāo)下建立,以方便模型的移動(dòng),在分工合作將模型組合起來時(shí),優(yōu)勢特別明顯,同時(shí),圖紙中有幾個(gè)定位尺寸,一開始就要定義幾個(gè)局部坐標(biāo),在建模的過程中可避免尺寸的換算。

第三, 注重建模思想的總結(jié),好的建模思想往往能起到事半功倍的效果,比如說,一個(gè)二維的塑性成型問題,有三個(gè)部分,凸模,凹模,胚料,上下模具如何建模比較簡單了,一個(gè)一個(gè)建立嗎?完全用不著,只要建出凸凹模具的吻合線,用此線分割某個(gè)面積,然后將凹模上移即可。

第四, 對于面網(wǎng)格劃分,不需要考慮映射條件,直接對整個(gè)模型使用以下命令, MSHAPE,0,2D MSHKEY,2 ESIZE,SIZE 控制單元的大小,保證長邊上產(chǎn)生單元的大小與短邊上產(chǎn)生單元的大小基本相等,絕大部分面都能生成非常規(guī)則的四邊形網(wǎng)格,對于三維的殼單元,麻煩一點(diǎn)的就是給面賦于實(shí)常數(shù),這可以通過充分使用選擇命令,將實(shí)常數(shù)相同的面分別選出來,用AATT,REAL,MAT,賦于屬性即可。

第五,    對于體網(wǎng)格劃分,要得到比較漂亮的網(wǎng)格,需要使用掃掠網(wǎng)格劃分,而掃掠需要滿足嚴(yán)格的掃掠條件,因此,復(fù)雜的三維實(shí)體模型劃分網(wǎng)格是一件比較艱辛的工作,需要對模型反復(fù)的修改,以滿足掃掠條件,或者一開始建模就要考慮到后面的網(wǎng)格劃分;體單元大小的控制也是一個(gè)比較麻煩的事情,一般要對線生成單元的分?jǐn)?shù)進(jìn)行控制,要提高劃分效率,需要對選擇命令相當(dāng)熟悉;值得注意的是,在生成網(wǎng)格時(shí),應(yīng)依次生成單元,即一個(gè)接著一個(gè)劃分,否則,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)有些體滿足掃掠的條件卻不能生成掃掠網(wǎng)格。

(2) 加載求解

對于有限元模型的加載,相對而言是一件比較簡單的工作,但當(dāng)施加載荷或邊界條件的面比較多時(shí),需要使用選擇命令將這些面全部選出來,以保證施加的載荷和邊界條件的正確性。

在ANSYS求解過程中,有時(shí)發(fā)現(xiàn),程序并沒有錯(cuò)誤提示,但結(jié)果并不合理,這就需要有一定的力學(xué)理論基礎(chǔ)來分析問題,運(yùn)用一些技巧以加快問題的解決。對于非線性分析,一般都是非常耗時(shí)的,特別是當(dāng)模型比較復(fù)雜時(shí),怎樣節(jié)約機(jī)時(shí)就顯得尤為重要。當(dāng)一個(gè)非線性問題求解開始后,不用讓程序求解完后,發(fā)現(xiàn)結(jié)果不對,修改參數(shù),又重新計(jì)算。而應(yīng)該時(shí)刻觀察求解的收斂情況,如果程序出現(xiàn)不收斂的情況,應(yīng)終止程序,查看應(yīng)力,變形,等結(jié)果,以調(diào)整相關(guān)設(shè)置;即使程序收斂,當(dāng)程序計(jì)算到一定程度也要終止程序觀看結(jié)果,一方面可能模型有問題,另一方面邊界條件不對,特別是計(jì)算子模型時(shí),數(shù)據(jù)輸入的工作量大,邊界位移條件出錯(cuò)的可能性很大,因而要根據(jù)變形結(jié)果來及時(shí)糾正數(shù)據(jù),以免浪費(fèi)機(jī)時(shí),如果結(jié)果符合預(yù)期的話,可通過重啟動(dòng)來從終止的點(diǎn)開始計(jì)算。下面舉兩個(gè)例子說明:

在做非均勻材料拉伸模擬材料頸縮現(xiàn)象的有限元數(shù)值計(jì)算時(shí),對一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試件,一端固定,另一端加一個(gè)X方向的位移,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在施加X方向的位移的一排節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生了很大的Y方向位移,使得節(jié)點(diǎn)依附的單元變形十分扭曲,導(dǎo)致程序不收斂而終止,而中間的單元并沒有太多變化。顯然,可以分析在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中施加X方向的位移的一排節(jié)點(diǎn)是不應(yīng)有Y方向的位移的,為了與實(shí)驗(yàn)相符應(yīng)消除Y方向的位移,可同時(shí)施加一個(gè)Y方向的零約束,重新計(jì)算,結(jié)果得到了比較理想的頸縮現(xiàn)象,并可清楚的看到45度剪切帶。

在做金屬拉拔的塑性成型有限元模擬時(shí),簡化為一個(gè)二維的軸對稱問題,相對于三維的接觸問題而言是比較簡單的了,建模,劃網(wǎng)格都很順利,求解時(shí)發(fā)現(xiàn)程序不收斂,就調(diào)參數(shù)和求解設(shè)置,基本上作到了該做的設(shè)置,該調(diào)的參數(shù)都試過了,程序照樣不收斂,幾乎到了快放棄的地步,沒辦法只好重新開始考慮,發(fā)現(xiàn)剛體只倒了一個(gè)角,而另一個(gè)倒角開始時(shí)認(rèn)為沒有必要倒,因此,試著重新倒角再計(jì)算,問題一下子迎刃而解,程序收斂相當(dāng)快,有限元計(jì)算結(jié)果相當(dāng)漂亮。

從以上兩個(gè)例子也可以從中總結(jié)出一條:要把我們思考問題時(shí)的那些想當(dāng)然的想法也要作為在分析問題時(shí)的檢查對象。