当前主流有限元软件虽不至于有百种之多,但至少一只手是数不过来的。其中ansys-workbench软件的教程更是浩如烟海。如何评价一部教程的质量,可能也是仁者见仁智者见智的事情。周炬版《workbench有限元分析实例详解-静力学》,则是笔者目前所见最好的。当然,一本教程不足以包罗万象。
1 有限元工程师的三个要求
相关理论基础(力学理论和有限元理论),软件使用经验,实际项目经验。做有限元工程师,必然需要理论知识。但根据笔者经验,只要初步了解相关理论,理论水平一般不致成为分析工作中的瓶颈和阻碍。当然理论水平总是越高越好,这主要要看个人对理论的兴趣和理论学习能力,并不是有限元工程师的迫切要求。很多人说,软件使用经验很简单。笔者认为不完全如此,能充分挖掘软件的各种功能需要一个长期过程,并且绝大多数教程只介绍软件的初步功能,稍微高级的功能可能需要分析者自己摸索。在笔者看来,项目分析经验才是拉开有限元工程师水平差距的最重要因素。只停留在软件研究和理论升华,永远也不会成为高水平的有限元工程师。笔者坚信,善于在实际项目分析经验中反思总结,善于将分析经验与理论知识进行磨合,才会逐步成为高水平的有限元工程师,这是一个不断努力的过程。
2 有限元工程师的四个工作
简化模型,划分网格,设置边界和荷载,解读分析结果。一般来说,产品设计工程师需要较高的建模能力,所谓较高水平,无非是能自如的建立出自己需要的模型。其实有限元工程师也需要掌握一定的建模能力,虽然建模不是我们的工作内容,但模型修改却是我们的重要工作之一。所谓模型修改,大部分情况下其实是模型简化。原始模型总是存在很多几何细节,如小孔和小槽,螺纹,小倒角和小圆角。为了便于划分网格,有限元工程师应该尽量去除非关心部位的这些几何细节。如去除小孔,小槽和螺纹,将小倒角和小圆角替代为直角等。早期的有限元技术,对工程师的划分网格能力要求很高,有限元工程师很大程度上是网格工程师。但时代在进步,技术在革新,从当前来看,很多软件的网格划分已经比较智能。就workbench来说,只要简单的几步操作,就能得到质量较高的网格。既降低了工程师的划分网格要求,也节省了工程师的划分网格时间。设置合理的边界和荷载往往是分析成败的关键,也是一个需要长期磨合和学习的过程。比如有限元中的固定约束是一种理想约束,现实中根本不存在完全固定的约束。现实中的边界条件常常是非常复杂的,在有限元分析中如何合理设置,非常考验工程师的水平和经验。前三步做的好,才会有合理的分析结果。根据软件的分析结果,判断现实结构的可靠性,安全性,以及提出设计建议,这也是一个需要长期摸索和学习的过程,考验着工程师的水平和经验。
3 有限元分析的适用范围
结构(笔者关注的领域),热,流体,电磁,耦合场。
4 什么情况下才需要有限元分析
理论不能解决,或者理论解决起来很麻烦的问题,才需要有限元分析。对于力学分析来说,明显不是力学原因导致的问题,当然也不需要进行力学有限元分析。
5 有限元名言
FEA makes a good engineer great, but makes a bad engineer dangerous---有限元分析不是万能的,但没有有限元分析是万万不能的。
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