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如何學(xué)習(xí)ANSYSWORKBENCH?我想,首先需要對(duì)于ANSYSWORKBENCH有一個(gè)總體了解。知道一個(gè)軟件可以做什么事情,然后弄清楚我們自己到底想要做什么,然后再去尋找學(xué)習(xí)的道路,這就是所謂知己知彼。那么ANSYSWORKBENCH可以做什么呢?有些人說(shuō),它是一個(gè)有限元軟件平臺(tái)。這總體上正確,但并不完全正確。實(shí)際上,ANSYSWORKBENCH包含了一系列軟件,雖然絕大部分軟件使用有限元方法進(jìn)行編制的,但是也有部分軟件使用了有限體積法,也有軟件使用了無(wú)網(wǎng)格方法。所以,一概的說(shuō)明它是有限元軟件是不大正確的。讓我們說(shuō)得更高一點(diǎn)吧。萬(wàn)事萬(wàn)物,其間自有規(guī)律存在,所有的學(xué)科都致力于尋求該學(xué)科研究范圍內(nèi)部的各種規(guī)律。那么什么是規(guī)律?無(wú)非是事物內(nèi)部的各種關(guān)系而已。這些關(guān)系,在數(shù)學(xué)上,就表現(xiàn)為數(shù)量之間的關(guān)系。而數(shù)量之間的關(guān)系,可能是平級(jí)的,那么就是代數(shù)方程。如果是有原因和結(jié)果關(guān)系的,那么就表現(xiàn)為微分方程或者積分方程。在同一個(gè)事物內(nèi)部存在的關(guān)系未必只有一種,可能有多種,那么就會(huì)有多個(gè)方程出現(xiàn),這就構(gòu)成了方程組。比如說(shuō),對(duì)于固體力學(xué)而言,就有3個(gè)靜力平衡方程,6個(gè)幾何方程,6個(gè)物理方程。這些方程有代數(shù)方程,也有微分方程。這就構(gòu)成了一個(gè)微分-代數(shù)方程組。不僅是固體力學(xué),流體力學(xué)也是如此,傳熱學(xué)是如此,而電磁場(chǎng)也是如此。這樣,我們面對(duì)的是代數(shù)-微分方程組的求解問(wèn)題。如何求解這些方程組?在數(shù)學(xué)上,這很困難,尤其是當(dāng)邊界并不那么規(guī)則時(shí)。解析法只能求解非常特定的問(wèn)題,但是實(shí)際問(wèn)題總是奇奇怪怪的,所以我們需要尋找另外的方法。于是有所謂的半解析法,無(wú)非是用冪函數(shù)或者三角函數(shù)的組合來(lái)確定問(wèn)題的解析解,這種方法對(duì)于實(shí)際問(wèn)題也很難湊效。于是出現(xiàn)了數(shù)值解法。數(shù)值解法多種多樣,如有限元法,有限體積法,邊界元法,有限差分法,無(wú)網(wǎng)格方法等。一般而言,對(duì)于結(jié)構(gòu)的計(jì)算,用有限元法比較合適;對(duì)于流體仿真,用有限體積法;而對(duì)于無(wú)限域聲場(chǎng)的分析,主要用邊界元法;有限差分法出現(xiàn)得很早,但是很少看到軟件去使用它。至于無(wú)網(wǎng)格方法,因?yàn)椴恍枰W(wǎng)格,主要用在那些用網(wǎng)格無(wú)法表達(dá)的場(chǎng)合,例如爆炸,碎片魂飛魄散,一旦分開(kāi)后就杳無(wú)音信,此時(shí)網(wǎng)格方法無(wú)能為力,只好求助于無(wú)網(wǎng)格方法。各種各樣的分析軟件,都是用到上面的數(shù)值方法中的一種或者多種,然后用FORTRAN,C,C++編制了程序,這些程序的主體就是數(shù)值解法;而為了用戶使用方便,也會(huì)整出一堆花花綠綠,讓人爽心悅目的窗口界面,以吸引用戶的眼球,為用戶的數(shù)據(jù)輸入和輸出提供方便。ANSYS就是這樣一種數(shù)值分析軟件,它面對(duì)的是固體的力學(xué)分析,流體的力學(xué)分析,溫度場(chǎng)的分析,以及電磁場(chǎng)的分析。它主要使用了有限元法,同時(shí)也部分使用了有限體積法和無(wú)網(wǎng)格方法。針對(duì)不同的分析,給出了諸多分析系統(tǒng)。下面以ANSYS14簡(jiǎn)要說(shuō)明之。ANSYS14的功能主要體現(xiàn)在WORKBENCH的工具箱中。下面是它的工具箱。這四個(gè)項(xiàng)目,第一項(xiàng)是分析系統(tǒng),最常用;第二項(xiàng)是組件系統(tǒng),就是構(gòu)成分析系統(tǒng)的各個(gè)組成元素,我們可以搭積木一樣,任意拼接,從而組成自己所需要的分析系統(tǒng);第三項(xiàng)實(shí)際上是耦合分析,這就是ANSYS鼓吹的自己多物理場(chǎng)耦合的特色。這里面給出了幾種常見(jiàn)的多物理場(chǎng)耦合的方式。第四項(xiàng)則是設(shè)計(jì)探索,其實(shí)就是優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)那一套。此時(shí)需要對(duì)某一種分析反復(fù)迭代,從而得到最優(yōu)解。先看第一項(xiàng),分析系統(tǒng)。展開(kāi)它。例如前兩個(gè)是流固體耦合分析,分別是從CFX,FLUENT到靜力學(xué)分析的耦合;然后是預(yù)應(yīng)力模態(tài)的分析,就是先做靜力學(xué)分析,得到應(yīng)力后,再做模態(tài)分析;接著是隨機(jī)振動(dòng)分析,就是先做模態(tài)分析,再做隨機(jī)振動(dòng)分析;接著是響應(yīng)譜分析,同樣是先做模態(tài)分析,再做響應(yīng)譜分析;最后是熱應(yīng)力問(wèn)題,是先做熱分析,得到溫度后,把溫度導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)場(chǎng),再做應(yīng)力分析。最后是設(shè)計(jì)探索模塊。如下圖。第一個(gè)是全局優(yōu)化,就是優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容。無(wú)非就是確定優(yōu)化模型,然后選擇一個(gè)初始設(shè)計(jì)點(diǎn),做一次仿真,然后依據(jù)某種規(guī)則,找到另外一個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn),再做一次仿真。如此反復(fù)不已,直到最后,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)值已經(jīng)收斂,就不再仿真了,從而得到所謂的最優(yōu)解。第二個(gè)是參數(shù)關(guān)聯(lián),用于建立參數(shù)之間的相互關(guān)系。第三個(gè)是響應(yīng)面,是根據(jù)前面的有限次仿真,找到設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)變量之間的關(guān)系,從而用一個(gè)所謂的響應(yīng)面勾勒出來(lái),實(shí)際上就是曲

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