談談怎樣學習有限元和如何利用網絡學習

有限元對許多工科的人而言,其必要性和重要性不言而喻。問題在于,應該怎樣的學習它呢?學習它,至少不用它到處害人也害己的話,我覺得至少要在下面四個方面有些基本知識:1、有限元基本理論及其求解基本步驟(數學基礎);2、有限元專業英語(英語基礎);3、你自己所屬專業的東東(專業基礎);4、幾何造型及拓撲學知識(建模基礎)。這個排序是由重到輕的。

接下來,我首先說一說上面四個方面的意義和作用;之后談一下為什么我認為在這里問的相當一部分問題是太簡單而且對自己不負責任的。

1、做專業就要有做專業的樣子。咱們理工科的學生,沒有辛苦的付出是不可能有真正收獲的。收獲和付出在這里成正比。常常有人覺得有限元的軟件很難,不好學,不好用,很多東西搞不懂,一提就頭痛。其實這里面相當的一部分是有限元基本理論可以解決的問題,而不是軟件的設計思想不好。現在的商用有限元軟件,比如我用過的abaqus,ansys,adina以及algor,應該說它們的界面已經很友好了,包括幫助文檔等等都不錯。很大程度上使用者的問題是使用者自己對有限元基本理論漠不關心造成的。比如,許多人不清楚ansys里面幾何信息如keypoint、line、area等到底和有限元模型是什么關系,其實他們和有限元模型沒有任何必然的聯系。它們只是軟件為了方便建立有限元模型而提供的中間手段。又如二維的實體單元(2-D solid element )和三位空間的殼單元(shell element)有什么區別?從根本上說,兩者的自由度不同。這樣的概念在幾乎任何一本有限元書籍中一開始不多久就會提到。只要你有彈性力學的基本知識,看這些應該不會很難的。但是,當遇到問題的時候,你考慮過是自己的有限元基本知識不夠嗎?

2、 有限元理論完全可以看中文的書籍了。但是,學習有限元軟件僅僅有中文是不夠的。當前我們使用的大型有限元軟件幾乎都是歐美的產品。他們幾乎無一例外都用英語。為了解決這個語言上的問題,國內已經出了不少有限元軟件方面的中文使用參考書,其中尤以講述ansys的書最多最濫,害人不淺!雖然每一本這樣的書上都赫然寫著作者的名字,但是只要你稍微耐著性子堅持看一段ansys的英文聯機幫助,你就會明白,那些中文的ansys使用參考書其實就是把幫助文檔的某些部分翻譯過來ok。這樣的作者其實還有一個名字——“賊”。因為這樣的書以及這樣的人的存在,所以如果你長期堅持看那樣的中文書,你就被害了。原因很簡單,那些書所能提供的內容,你在軟件英文幫助里面很快其實就可以學到。如果有問題,英文幫助文檔解決不了,那么我敢打賭,你看的那些國內“名家”的“著作”也絕對會褻瀆你的眼球。很多人不習慣看英語的幫助,反而習慣看中文的那些書,原因大致是對自己的英語信心不足,還有一開始對中文的依賴造成的。久了你就會發現,不接觸那些英語,你想繼續前進是不可能的。當然,有兩點要說明,一是,在剛剛開始的時候,你可以看看中文的使用參考書,但是越早使用英語越對你有利,二是,一開始你覺得看英語幫助很難,問題往往不是語言本身的問題,而是你對有限元基本理論的陌生造成的。這個時候看中文的使用參考你還是不懂的,應該看有限元的書。
3、有限元可以解決很多問題。簡單的說,凡是關于連續介質的問題,它差不多都是可以解決的。所以,電磁場問題、力學場問題(包括固體力學、流體力學)、溫度場問題以及耦合問題等等,在進行計算機數值分析模擬的時候,有限元往往會成為首選。因此,不同專業的人在使用有限元的時候,當然要理解自己的專業了。不過,這個許多人不會出大毛病,就不廢話了。(呵呵,別人的專業其實我也“廢話”不了,偶不懂嘛^_^)。還是要提醒一點,將自己專業問題抽象成有限元模型,還是要小心嚴謹為好!!

4、最好還要知道一點幾何造型以及拓撲學知識。這么說吧,在用ansys建模的時候,如果你是在三維空間里先建立幾何模型,然后以它為基礎建立有限元網格,那么你可能會因為在有的地方很難剖出六面體的網格而頭痛,以至你不得不用“free mesh”來生成你自己看了都覺惡心的網格。那么,什么樣的幾何模型可以剖出良好的網格呢?要把事情做的像樣,僅僅知道幾何形體的形狀不要太畸形這一點是不夠的。你知道“拓撲結構不變性”以及“拓撲結構不變量”不?要是知道了,你的建模思路就會比較理性、清晰。而這些知識,你可以參考拓撲學的相關書籍。蘇步清老先生在幾十年前寫過一本很薄的書,講拓撲學最基本的知識,寫的很生動、通俗。要不,哥們(或者美女傻冒)您老人家也看看?

下面說一下為什么我認為在這個板塊問的相當一部分問題是太簡單而且對自己不負責任的。有暴力傾向并且不怕大俠我報復的,而且想對號入座的家伙,可以去找磚頭了,呵呵。

我不是反對使用網絡,我反對的是使用網絡不負責任的對待自己。比如說,有人問了這樣的問題:

“ 請問:下面這個警告什么意思?
*** WARNING *** CP= 16348.630 TIME= 19:44:35
Small equation solver pivot term= 3.698915243E-04 encountered at UY DOF of node 108112. Check for an insufficiently constrained model.”
我知道這是怎么回事。因為這段英語說的清清楚楚:Check for an insufficiently constrained model!!——檢查你的模型,因為這個模型的約束不夠。并且這段英語還指出是108112號節點y方向的自由度約束不夠。這段警告信息言簡意賅,你讓我如何再來添油加醋的回答“下面這個警告什么意思”?如果你不知道自己的約束到底錯在哪里,而希望在網上有人準確的回答,那么應該是不可能的。因為引起這個警告信息的原因很多。接觸問題、約束方程的問題、位移約束的問題等等都可以引發這個警告。在網上沒有人知道你的模型是分析什么問題的模型,所以面對這個警告,除了把它翻譯成漢語之外,又能給你多少幫助呢?

網上確實有高手,但是網上沒有算命先生,更沒有能掐會算的神仙。我的意思是說,不是不能問問題。而是應該學會問問題。不要脫口就問,要想一想,你問的問題就算有人懂,那么他能以什么樣的方式回答到什么樣的水平,尤其是在距離你可能千里之遙的網絡上。這是在說應該會問問題。

我知道很多問問題的人是因為身邊沒有合適的人可以請教,或者事情很急,就想到了理論速度為每秒30萬公里的網路。可是,古人的一句話卻經常被人遺忘:“欲速則不達”。當你急得冒汗的時候,請想一想,為什么就是你急呢?為什么你現在才急呢?你越是試圖用網絡在幾秒鐘的時間里解決專業問題,越是說明你是浮躁的,沒有嚴謹的專業治學精神。

如果你不是專門搞計算機的,而你的機子中毒了,那么你當然可以在網上求助。如果你是學數學的,而還沒有mm關注過你,你也可以在網上求教。但是如果你是
解決有限元專業問題而試圖在網上三下五除二的搞定,錯的人是你。因為那是不可能實現的。別人可以告訴你高斯點的位移和單元位移是不同的,但是別人無法在網
上使你明白位移有限元法的前因后果。別人可以一句話說你的溫度場問題有必要和力學問題進行有限元耦合分析,但是很難有人在網上可以使你明白你的有限元模型
抽象的是否合適。別人可以告訴你采用abaqus進行本構關系的二次開發應該注意哪些問題,但是當你一開始工作的時候,你還是會一頭霧水。
簡單些說,別人可以給你指個方向,但是別人無法幫你走過本該屬于你去走的路。如果你提出問題只是想得到他人方向性的指點,從而避免南轅北轍的危險,那
么你是聰明的;但是如果你在細節上出現問題就嘗試依*別人幫助你,那只能說明你還沒有學會走路。這個時候的你看似聰明,實際上卻失去了在困難中得到磨練和
感悟的機會,朋友,這樣的話你在日后的道路上可以走多遠?

如果你急得連靜靜的啃啃書本的時間都沒有了,恨不得直接有人帶你飛躍專業上的萬水千山,那說明你本來就沒有認真的準備過。不要期望在專業知識和水平上有暴發戶。無論你長得多么漂亮,也必須付出理性和長期的努力才可能成為專業上的“模特”。
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