原本计划大致学习下有限元基础理论以后,能够对其基本原理方法做一个简单总结,主要包括有限元基本概念、思想、离散、网格、单元、位移模式以及变分法。但是目前对位移模式以及变分法尚未有一个相对清楚的认识,没有办法按照自己的理解写一遍,我又不想只是从各种书籍或者网络教程随意摘抄一下那些常见的文字。既然是记录总结整理,我能接受的最低底线是“能够用自己的语言,理解的语言,整理总结接触的知识”。往后会继续完成剩下关于位移模式和变分法的内容,作为理论的零基础知识。
ANSYS是什么?
你可能觉着疯了吧,这有什么讲的,我要学这个莫不成还不清楚它是什么。你或许真的已经十分清楚,就算如此也还是有我这样的小白存在的,还有下一批,下下批小白的到来。此处记录下自己对于ANSYS粗糙的理解,也为了下一批小白铺个路。
ANSYS是一家美国企业,也是一个注册商标。因为软件一般都有多国语言版本,也包括一些重要的默认设置。个人比较关心的是软件支持的语言版本和默认设置,这对于学习是十分重要。因为软件是美国企业研制的,所以它的默认设置参数就未必是国标了,标准不同,参数的换算就存在了。注意数值建模的参数量纲能够减少许多不必要的麻烦,如你分析的结果数据相差很多倍,你首先可以考虑检查量纲,通俗的讲就是单位了。多数人要接触的都是APDL和Workbench,两个都没有中文版,不用找,官方没有中文版。如果英语是障碍,要么选择克服(掌握它),要么趁早别学了,因为帮助也是英文的,或者使用ANSYS AIM,该产品有中文版。
ANSYS是一款大型通用商用有限元分析软件。不要觉得是废话,可能一不小心就翻车了。大型,它的的确确是个巨无霸,从发展至今除了自主研发以外,也一直在“攻城略地”,吸纳了许多优秀的分支,包括ANSOFT、LS-DYNA、SpaceClaim等。通用,意味着它适用范围广、覆盖领域范围多。区别于通用,诸如石油管道、流体机械、航空等都有专用有限元分析软件,它们在特定的问题上分析能力突出。商用,意味着在未取得合法授权的前提下不得以此进行商业盈利。你可能觉得没什么,那么多打击的来嘛,大公司那一打一个准。之前的CATIA侵权案,高达1505万赔偿金。大公司盈利那么高,使用一定要取得授权。
ANSYS是一个超大平台。说到ANSYS你最起码知道了有APDL和Workbench,其实还包括SpaceClaim、Discovery AIM/Live等。初次接触之时,我十分困惑这几个都是做什么,它们之间有什么关系。下面做一个粗糙的类比,以方便零基础小白对此问题有一个大致了解,主要是轮廓式的,不做精细描述。你可以把ANSYS比作是腾讯公司,因为后者也有许多的产品系(平台)。ANSYS Workbench你可以想象它是腾讯QQ,ANSYS APDL你可以想象成腾讯 微信。Workbench这个小平台下面有很多分析模块,如结构、流体、电磁、模流以及优化等;QQ下面也有许多分支,如空间、微视、购物、音乐等。它不仅代表一个软件,也是一个小的平台。Workbench也内置自己的商店(高版本才有),你可以付费购买一些插件,可以增强某些功能;QQ里面你可以开通超级会员,会员会让你拥有一些特权,类似于功能增强。Workbench有的功能,诸如结构流体热分析,APDL都可以实现;QQ下面有的功能,如文字、视频聊天、语音电话、购物,微信也都可以实现。当然QQ跟微信还是有区别的,可能最大的差别就在各种钻了
APDL与Workbench本是同根生。两个平台本质都是一样的,功能也差不多,可是为什么要弄两个界面不同的呢?很好,你成功的注意到了,两个的颜值是不同的
。微软早期开发的操作系统类似于目前Windows下CMD那种黑框框,你需要记住并且输入命令运行。一开始推广十分难的,因为操作系统是需要大众化接受的,而不是面向一些专家的,可多数人是懒惰且不擅长记忆的,故推广阻力很大。后来微软就将底层一些命令进行封装,制作了你看到的视窗操作系统,GUI十分友好。一经推广,市场占有率是不断提高,因为GUI操作极大地降低了学习门槛。说的直白一点,把用户当作小朋友对待,基本操作点点鼠标就好了,不需要记住一堆代码。APDL跟微软早期的操作系统本质特征是一样的,主要基于命令来运行的,你需要记住一些语法代码输入以运行计算。APDL有一部分GUI,但是学习它的人通常都是为了使用代码高效率分析的。ANSYS公司后来在APDL的基础上封装出了界面友好的Workbench,这个思路跟微软是如出一辙的,使得ANSYS市场有了不错的占有率。目前国内理工类院校,普遍采用ANSYS作为有限元学习的标准教学软件。
有限元分析是一个十分系统的过程,它的三个基本过程:前处理、分析、后处理,ANSYS都可以完成。而这三个过程都可以分出来,分别作为市场上一类专业软件。一句话:ANSYS很通用。基本的分析流程看之前的例子就很清楚了,这里主要想介绍下基本的界面与一些常用的设置,对于零基础小白还是很重要的。打开Workbench以后会出现如下界面,版本不同,安装的选项不同,插件不同,可能稍有差别:
进入Workbench以后建议就保存当前项目,且项目名一定不要用中文。
菜单栏主要注意几点:(1)文件菜单下的Archive,用于压缩项目文件,节省空间。在压缩文件前建议清除产生的一切数据,以便更进一步缩小体积。Restore Archive用于解压缩文件,如果要打开压缩文件,建议先使用该选项解压,不要直接打开。(2)View菜单可以设置界面显示,一般不动它,如果界面混乱,使用Reset Window Layout重置界面。建议勾选上Properties,因为它十分重要。(3)Units是单位制,一般使用公制单位。(4)Extensions扩展菜单,可以管理安装插件。工具箱解释:(1)Analysis System为各种分析类型的建立,本质是分析模板,只需要双击或者拖到右侧项目概图区域即可使用。(2)Component System 用来建立分析的一些模块,你可以理解为乐高积木那每一小部分,仅有该列表是无法在WB下完成分析系统的创建,因为它只有一部分。(3)Custom System为预定义和自定义分析流程的集合,相当于将已经建立好的分析流程保存在这里,下个同样的分析流程直接使用即可。(4)Design Exploration 为ANSYS参数化设计(参数优化)模块,是自研制的。而界面上的OptiSLang为插件,也是做优化分析的,需要自己安装。
菜单栏的Tools下的Options可以有很多设置,关于软件的界面和功能,包括稳定和测试的,这里单独指出来。(1)Project Management可以设置临时文件目录,请确保该目录所在磁盘空间足够;(2)Appearance 软件界面,可以修改软件配色,如背景颜色,可以关闭背景上的ANSYS Logo,建议关闭。在下侧有个 Beta Options,因为部分教程使用测试功能,不勾上该选项你可能找不到对应的按钮和功能;(4)Solution Process 求解设置,此选项可以设置运行模式等,需要配合其他选项;(5)Geometry Import 可以设置ANSYS默认建模模块,即你双击Geometry是打开Spaceclaim还是DesignModeler。另外可以设置参数识别关键字,用来过滤需要参数化的参数。其他设置可以不做修改,上述为最常涉及需要修改的部分。
总结:学ANSYS Workbench主要想掌握结构强度分析,所以记录的可能偏结构方向。这个短篇部分记录了初步了解ANSYS以及Workbench界面的认识,包括一些重要的设置。观看一个视频,是ANSYS官方展示其在能源创新取得突破性,视频很精彩哦!