結構強度分析成長之路,我的有限元分析“4321理論”

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作者:劉笑天

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全文共1952個字,預計閱讀時間6分鐘


一個產品60%~70%的成本、性能、功能、質量等指標,在設計階段就已決定。仿真的價值,是滿足最基本的功能實現基礎上,向更高更快更強的性能、質量、成本賦能,走出更堅實一步。所以高水平的仿真工程師,應該比設計更懂設計、比工藝更懂工藝、比質量更懂質量,從而將仿真驅動設計的愿景,真正落地開花。

我們追求卓越,不是因為它簡單,而是因為它困難。

為實現以上目標,筆者總結了一個4321理論

  • 40%的經歷與時間,去學習與掌握基礎理論知識。如有限元方法、材料力學、傳熱學、機械原理、振動相關理論、實驗模態分析、數字信號處理、疲勞理論、機械設計手冊、機械加工工藝師手冊、各大質量工具與管理流程等。

  • 30%精力將仿真數據與實驗,進行對標驗證與校準。如拉伸實驗、疲勞實驗、模態測試、溫度測試等;

  • 20%精力對產品設計、制造、裝配、使用等方面的了解。如各種設計規范、檢驗檢測規范、工藝評定文件、裝配作業指導書、人機工效學等;

  • 10%的仿真軟件操作,如各種公開出版的教程與視頻等。將是一個相對有效的比例。

結構強度分析成長之路,我的有限元分析“4321理論”的圖1  

筆者從事汽車行業四年來編制的各種文件

以上是建立在,已經完成體系化的,知識地圖架構的積累之上的最終目標。而為了實現以上目標。在最開始階段,建議從仿真軟件的熟悉和簡單案例操作開始。

這樣做是為了快速建立信心和了解仿真流程,從而降低入門的門檻。有一個好消息是,最新版ANSYS軟件的Workbench平臺以及AIM平臺以及Life平臺等,都擁有官方中文界面,可極大的降低相對其他軟件,在初學者階段的英文門檻限制。


學習第一步-調整心態


初學者階段,不要嘗試復雜計算,不要挑戰高難度問題。先將大部分基礎操作與案例熟悉并掌握,即可成功一半。

初學者往往害怕嘗試,害怕失敗。仿真技術的好處是,計算機虛擬操作,即使一次做失敗了,成本與損失也非常有限。這就給人相對實際造出東西,更多的嘗試可能性與機會。

So,放手去做不要怕,這瓜保熟。

結構強度分析成長之路,我的有限元分析“4321理論”的圖2  

筆者在哈爾濱空調股份有限公司做機械設計時期的照片

單純的學習軟件操作后,將會陷入不知道為什么這樣,以及為什么不這樣的窘境。滿腦子都是小朋友我還沒上車的問號。此時需大量學習,軟件背后的各種理論知識,從而在成熟的理論根據海洋中,尋找指路的燈塔。

需要注意的是,筆者常說“真正的核心技術,永遠是被保密協議層層防護的。”不要輕易的相信,網上隨便能獲取到,別人可能用幾百萬經費,才得到的實驗數據,以及失敗幾十次總結的教訓等。

應放平心態,逐步從簡單到復雜、從低等到高等、從單細胞到多細胞、從機械的復制案例到后期的游刃而有余。這些學習思路是否似曾相識,是否在中學階段的政治課或者生物課上有所了解?也許這就是突破初學階段后,進行哲學性思考的結果。

結構強度分析成長之路,我的有限元分析“4321理論”的圖3  

筆者非常喜歡的一本有限元理論書


我建議:

初學者應該1天三本書


(1)理論學習是“把書讀薄”的過程

很多人學習理論的時,會習慣的從第一頁開始看,從每一個公式開始了解,這樣會極大的降低學習效率。建議采用一天3本書的速度,快速瀏覽整本教程。并且大量同時參考多部同類書籍,用最快速度將理論框架與規律進行掌握,并隨時記錄筆記。

如果認為無論如何,不能實現以上的速度,說明方法不對,起來重睡。快速建立理論框架,快速了解各種理論知識推導結果的規律與趨勢,是指引仿真操作最有效的燈塔。這也是華羅庚介紹的“把書讀薄”的過程。

學習是痛苦的,也是螺旋式上升的。絕對不是一番風順的前行,而是被一個個門檻堵住幾天、幾星期、幾個月后的突飛猛進,才對得起曾經的堅持。

(2)從理論回到操作中

當了解一部分理論知識以后,再回到軟件操作之中,即可了解:

  • 為什么材料屬性,要輸入某參數,而采用這個參數,會產生什么樣的結果規律;

  • 或者為什么要畫網格,以及網格密度要如何分配;

  • 為什么有些事情,可以簡化為靜力學分析;

  • 為什么網格劃分,要從試算結果的等值線分布規律中判斷,而不是可以對著幾何模型直接操作等等。

一大堆在學習軟件操作過程中,幾乎不會有答案的過程中,找到答案。

再往后,繼續看理論書與軟件操作書籍,并將關鍵思路與結論,進行截圖筆記留念。即吸收百家之所長,集百家之所想,并且將曾經零散的,瑣碎的,不連貫的知識點,通過一整套邏輯體架構,聯系為一套知識網絡,即所謂的知識地圖。從而實現華羅庚介紹的“把書讀厚”的過程。

先把書讀薄再把書讀厚,又把書讀薄,而后再讀厚。反復多次,方可取其精華,去其糟粕。

結構強度分析成長之路,我的有限元分析“4321理論”的圖4  

緊跟時代脈搏,

是有限元學習的基本思路


操作案例學習階段,建議搜尋并學習,基于最近5年~10年內,軟件版本與技術的教程。

原則上不建議使用更老版本的教程。是因為隨著軟件功能與技術的革新,其操作界面,使用方法,技術流程等會有較大的變化,以至于無法做到不同版本間,相同操作與功能的完全一一對應。而初學階段最恐懼的,莫過于書上說左上角有個功能a,但是自己的新版軟件里,根本不知道在哪,甚至刪掉的這個功能,從而陷入非常無助的境地。

緊跟時代脈搏,是軟件操作學習的基本思路。只看最近五年的論文,只追求最新行業動態,也是大部分導師,對研究生的基本要求。不是要盲目追求新版軟件,而是與你競爭職位Offer的人,已在學新版的話,你將失去競爭力。而判斷教程是否真正的新,一方面是自己多方對比多方驗證,另一個是找大師幫忙。

學習過程中,總會與各種人進行交流溝通。注意放平心態,落低姿態,完整描述,詳細介紹,明確需求。并用智慧與情商,將別人腦中可能依賴無數金錢與時間積累的經驗教訓收入囊中。

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