因為工作原因,經常碰到各種原因需要利用ANSYS仿真,但不知從何入手的新人。根據自己的經驗,總結了一些較為實際的快速入門方法與注意事項。
1 學習目標與路徑
帶著問題學習,雖然看起來很功利,但是對于學習往往也是很實用有效的辦法。對于仿真學習,首要是解決XX工程問題。
ANSYS各模塊涉及結構、流體、電磁、光學、系統邏輯等多種學科仿真,可應用于機械、建筑、環保等各種行業。完全學會各種模塊的操作及其各種可涉及的仿真是不現實的,也沒有必要。即使一個具體的模塊(例如Fluent),也很難憑借一己之力完全學會每個功能與操作。
學習仿真,一步到位的立刻精通是不現實的。不可能看幾本書,做幾個練習案例,或者找幾個大牛指點下,就能立刻從完全毫無頭緒到和實驗數據一致。這中間需要努力探索與嘗試,循序漸進,從能夠做出看起來合理的結果,逐步成長到做出精確的結果。
2 理論知識學習
雖然現在軟件的操作已經弱化了應用者對于理論知識的要求,但是了解理論很多時候還是必要的。
如果之前缺乏背景知識,至少對于重要的概念、方程、物理模型等有必要掌握物理含義,了解應用范圍。例如做設備散熱仿真,至少三種傳熱方式(傳導、對流、輻射)能夠講出各自的重要特點,對材料熱傳導系數、固體表面換熱系數等常用概念要清楚其物理含義。
當然,完全的抱著理論書去深入鉆研,至少入門階段是不必要的。很多時候軟件已經把理論知識和最佳實踐總結固化為默認設置。完全按照默認設置,多數常規問題至少可以做出結果。帶著了解到的理論知識做仿真,可以加深理論知識的掌握,并發現自己理論知識待深入的方面。沒必要因為某些人在網上裝大神,說做仿真得這也要懂那也要會,然后一對比發現自己很多不會從而很焦慮。人腦有極限,不可能記得住更不可能搞得懂那么多。理論學習更重要的是把物理機理、概念等基礎的東西搞明白,理解仿真的物理過程。
3 軟件操作學習
軟件操作學習,核心在于貴精不貴多。初期入門要專注于幾個核心功能,首先保證能夠自己獨立操作解決問題,忌諱貪多求大,大量精力放在次要功能上。并且要在學習過程中能夠使過程變得流程化,從而提高效率。
軟件版本選擇要跟上時代,用最新或者較新的版本,不要迷信所謂“版本經典”、“老版本穩定成熟”等說辭。版本更新所帶來的新功能、界面優化、問題修復等,也是對用戶在使用老版本過程中提出的各類問題的響應。
4 學習資料選擇
現在的環境中,學習資料非常多。核心點在于不要碎片化學習,更不應該做資料收藏家。仿真的學習需要理論結合實際,系統化的由淺入深。
4.1 軟件資料
軟件相關的資料不僅有軟件幫助文檔、ANSYS學習中心(Learning Hub)教材等第一手資料,各類第三方資料同樣一大把。
通常而言,軟件類資料主要分為以下幾類:
- 介紹性資料。這類資料主要用于對軟件的宣傳介紹,可用于了解軟件的功能、行業內的應用等。
- 純操作教程。這類資料主要是講解某個簡單案例的相關操作步驟。這類資料可以擇優而存,跟著做幾次,用于了解軟件操作。
- 系統化培訓資料。這類資料會系統化講述某類問題的仿真過程、操作步驟、注意事項等。這類資料強烈建議進行深入鉆研。
4.2 理論資料
理論資料,最主要是能夠通俗易懂解釋必備的知識點。
書本教材主要用于入門之后,對設置背后的數學思想、求解方式等進行深入學習探究。書本教材的學習,最主要的應該是學習物理過程和數學思想。個人對于教材的優先級排序:基礎理論知識>行業必備高級理論知識>數值算法知識
很多理論教材的高級內容還是利用數學技巧求某些特定問題的解析解,根本不適合于現代數值計算的思路,更不建議進行學習。
例如,學習利用Fluent做汽車空氣動力學仿真,理論知識學習可分為以下階段:
- 對流場、空氣粘度、網格等基礎概念有所了解,至少照著教程做的時候知道相關設置的作用
- 知道幾種常用的湍流數值計算方法各自的優缺點與適用場景
- 了解算法知識,并了解數值算法層面的重要因素的影響(離散格式、松弛因子、網格密度等)
4.3 行業資料
行業知識,可分為主要應用場景和行業標準兩類。
應用場景的主要關注點,決定了仿真的需求。對于行業中仿真涉及較多的重要場景一定要深入了解其物理過程,理解仿真設置背后的原因。同時也要通過分析對比,比較不同仿真設置下的結果誤差。
通常,應用場景層面的了解,可利用5W分析法進行分析:
- WHAT:發生了什么問題?
- WHO:這個問題涉及到哪些人?
- WHEN:這個問題發生在什么時候?
- WHERE:這個問題發生在什么地方?
- WHY:為什么要處理這個問題?
不少行業針對特定應用場景,有行業標準對設計性能指標、實驗方法等進行詳細規定,更需要深入學習,做到仿真的設置有理有據。
例如機械零件疲勞壽命,需要仿真的原因在于零件失效中有很高比例是長時間運行的材料疲勞導致,需要通過仿真提前了解疲勞極限和危險區域。nCode作為專業的疲勞仿真工具,內置多種疲勞仿真算法,可適用于不同類型的疲勞問題。針對具體的工程問題,需要根據實際情況選擇最合適的算法。對于重要零件的疲勞壽命,通常也有行業標準化實驗方法,需要學習掌握后,結合已有資料對實際產品的疲勞壽命進行仿真和誤差分析。
4.4 學術資料
在學習過程中,高水平的論文是一種非常推薦的資料,特別是和自身問題相關,且年代較近的論文更應該仔細閱讀,詳細了解背景、步驟、結果及其評判等。
論文包括期刊雜志論文(小論文)和碩博畢業論文(大論文)。通常優先推薦大論文,因為包含的細節、注意事項等更多更細,了解軟件操作后,基本上照著大論文中的步驟能夠做出來類似的結果。高水平期刊的新論文可以經常性訂閱和關注,以了解行業動態和先進做法。對于總結類(review)論文,在入門階段可以多看看,了解相關問題的來龍去脈。
5 總結
仿真入門和提高沒有捷徑,多學習多實踐是唯一的硬道理。
行業的專業英語詞匯一定要認真背誦掌握,非常有助于看各種資料。畢竟,英語還是如今的世界通用語言,也是各類專業技術領域第一語言。

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