问答题：会操作软件≠会做有限元分析（100分）

近年来，ANSYS Workbench以其工程化和直观的操作方法，显着提高了有限元分析的操作难度和应用门槛，导致基于Workbench相关组件进行结构分析的用户数量出现重大突破。

虽然大多数中级用户能够快速掌握软件的基本操作，但在面对实际工程问题时，往往无从下手，无法独立制定分析方案； 他们试图模仿一些例子的操作方法，但不知道为什么这样做； 我迷迷糊糊地算出了一个结果，却无法解释到底对还是错。

所以大家普遍觉得会操作软件并不代表就能做有限元分析。 下面我从有限元分析实施过程的各个方面给大家解释一下这个问题。

1. 制定分析计划

面对要分析的具体工程问题，在分析之前需要制定计划。

首先要做的是对问题进行定性，即：这是一个什么样的问题？ 它的热（物理）机制是什么？ 解域和边界条件是否清晰？ 这个定性过程实际上将工程问题映射为热问题。 这里需要强调的一点是，对于机理和控制多项式都不清楚的问题，用分析软件是绝对不可能模拟出任何有意义的结果的。 这是因为该软件的求解器是根据特定的控制多项式编译的。 估计程序。

弄清楚力学问题后，下一步就是通过有限元软件来解决问题。 这个热问题需要用软件的语言来描述，最终完成分析和估算所需的有限元模型。 建模过程实际上是将热问题映射到估计模型的过程。

因此，制定分析方案的关键在于上述“二次测绘”过程。 下图中的两个箭头形象地代表了这些映射过程。 力学和工程知识在测绘过程中起着“桥梁”和“纽带”的作用。

二次建图完成后，分析方案涉及的很多关键问题都会有答案，例如：如何建立有限元模型？ 静态分析还是动态分析？ 应该调用哪个估计模块？ 具体的限制和工作条件是什么？ ETC。

如果只知道如何操作软件而没有相关的背景知识，则无法正确表征所要分析的问题，更无法制定正确的分析方案。

2. 建立估算模型

计算模型是由单元组成的有限元模型。 该模型并不等同于 3D 设计模型。

对于实体几何模型，用户需要根据问题的特点，根据需要进行合理的简化和编辑。 弹性热学中凸凹角的偏转解为固体结构建模提供了理论指导。 实际上，哪些地方可以简化几何形状，哪些地方不能简化几何特征，都是有原因的。 弹性热学中各种应力集中问题的答案也为网格定义提供了指导。 哪些单元需要更密集以及哪些单元可以更少定义是有理论基础的。

并非所有问题都适合使用 SOLID 单元进行分析。 想象一下上海中心小结构的整体分析场景，你立刻就会明白SOLID单元并不是万能的。 梁、壳、弹簧和质量等单元类型是实际结构的简化方式，但实际上它们的使用比实体单元更复杂。

正确指定该结构单元的特性还需要相关的热学知识。 梁的横截面参数、主轴方向、截面挠度、壳体截面特征和外法线方向都需要正确指定。 当应用弹簧和质量元素来简化模型时，必须正确指定相关的实常数。

如下图所示，电机偏心旋转引起的简谐振动问题，电机质量M，偏心质量m，如果用质量单位描述，在计算系统动态响应时，应输入质量是M还是Mm？ 很多细节都需要分析人员有清晰的热概念。 另外，不同单元之间的连接，如实体与弹簧、实体与壳体的连接方式的处理等，都需要注意。

各种单位都有其局限性和适用条件。 具体选用的单位应根据结构的受力特点来选择。 例如，使用梁单元来分析剪力墙结构中间的女儿墙是否总是合理的？

只有了解了原理，我们在建模过程中才能有根有据、见多识广。 否则，无论软件操作人员多么熟练，也可能无法完成正确合理的估算模型。

3. 载荷和边界条件

载荷和边界条件是有限元分析成功的另一个重要环节。

有限元方法本身在假设单位位移模式时必须满足相容性条件和完备性条件。 因此，位移模态必须包括质心位移。 由奇特的单位刚度矩阵组成的结构挠度矩阵也奇特，需要引入边界条件。 会正确回答。 从这个意义上说，有限元分析中的边界条件对于获得正确答案起着决定性作用。

下图所示的几种梁结构的挠度矩阵完全相同，但不同的约束实际上对应着完全不同的问题。

对于软件中的各种边界条件和载荷类型，需要理解其本质并正确应用。 例如：当施加对称边界条件或反对称边界条件时钢结构课程设计论文，需要知道哪些自由度受到约束。 当对称条件作用于梁单元组成的结构时，根据实际情况，对称面内杆件的挠度应取一半。

当应用远程约束或远程载荷时，您需要控制约束方程的行为和影响范围，否则可能很难得到正确的答案。

在热应力分析中，很多人说温度应力是在施加温度后估计的。 这种说法本身就有问题，很可能没有理解偏转的本质，导致估计错误。

显然，如果你只知道如何操作软件而没有相关的理论和工程知识，你将无法正确应用约束和载荷。

4. 解决方案选项设置

解决方案选项设置与具体的分析类型有关，而分析类型是制定分析计划时需要确定的基本问题。 如果不了解各种分析类型解决的具体问题，可能会导致分析过程中事倍功半甚至出错。

例如，如果不了解谐波响应分析的原理而进行瞬态分析，计算成本会降低，但计算结果仍然不正确。 又如：不知道静态问题和动态问题的根本区别，用瞬态分析来解决静态问题，或者用多步静态分析来解决瞬态过程。

在设置具体分析选项方面，ANSYS Workbench对分析选项进行了优化，并提供了多种程序的手动选择功能，但程序选择不一定是最佳选择或最高效的形式。 熟悉各种选项的工作机制并在分析过程中正确使用它们可以达到事半功倍的效果。 例如，在非线性分析中，应用收敛性改进工具可以有效减少平衡迭代次数。

如果软件使用者不知道各个求解模块能够解决的具体问题，或者只是一味地使用程序的默认设置，分析就很难达到预期的结果。

5 计算结果分析

对于当今的分析软件来说，后处理操作非常直观，掌握起来并不复杂。 但如果您没有热学知识和工程背景，不了解有限元求解的原理和过程，可能很难评估估算结果的正确性，或者可能会被一些数值的出现所困惑。的估计并得出错误的理解。

将计算结果与理论解和实测数据进行比较是有意义的。 如果没有实测数据，对于重要的项目建议几个人分别估算，不同的结果也可以互相比较确认。 例如，如果多人对同一问题进行估计，计算结果不一致，那么根据弹性热力学解唯一性定律，毫无疑问，一定是中间有人出错了，或者所有人都出错了。一个失误。

有限元分析一般采用位移作为基本未知量，因此后处理应首先检测变形结果，而不是先看挠度结果。 如果变形有问题，就不用看应力了。 根据位移结果直接导入支撑反力结果，可用于检查是否满足整体平衡条件。

对于挠度结果的后处理，实际上有必要了解使用有限元方法估算挠度的过程。 必须区分单元挠度解和节点挠度解、非平均挠度解和平均挠度解、应力集中和挠度特性。 在塑性分析的结果中，可能存在挠度超过屈服应力的情况。 此类情况也需要具体分析，如右图所示的钢结构节点。 总之，应力结果的后处理绝对不是简单的取等高线图的Max值直接写入报告中。

有限元分析的最终目的是驱动和改进设计，并根据估算结果调整和优化设计。 因此，分析和估算必须结合机械原理和工程知识。 之前，当用户估计梁的硬度时，我遇到了一个问题。 计算结果表明硬度不足，需要加固。 但设计者没有材料热学的概念，所以将加强板放置在梁的中性层，然后再次进行硬度分析。 结果可想而知。 这个案例也表明，如果没有专业背景和热学原理的指导，有限元分析就变成了毫无意义的数值游戏。

6.ANSYS Workbench结构分析理论解读及深入完善

综上所述，通过对有限元分析各个方面的详细讨论，可以看出，仅仅掌握软件的操作方法并不意味着就能进行有限元分析。 为了帮助大家更好地理解ANSYS Workbench结构分析理论，受仿真展示平台邀请，我将在仿真展示平台上开展一轮线下专题培训。 以下为具体内容：

一、时间、地点

2019年11月23日-11月25日（3天，可提前三天报到）

培训地点：北京（具体地点报名后工作人员通知）

2. 讲师介绍

尚晓江，模拟节目专栏作家钢结构课程设计论文，博士。 在工程领域。 他在力学和有限元理论方面有着深厚的知识。 长期从事ANSYS技术支持和仿真咨询工作。 曾在国外为各行业技术人员组织过3000余人次的ANSYS专题培训或讲座，并主导或参与完成了该项目。 主持开展仿真咨询项目十余项，参与科研项目三项，编写出版ANSYS有限元分析教程及研究生课程教材多部，发表论文多篇。

3.我的训练大纲

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4、培训费用