连载(3):Abaqus 软件的学习方法
很多读者感觉 Abaqus 软件比较难学,总是遇到不收敛的问题,甚至会因此觉得 Abaqus 不够好,转而选择其他的有限元软件。对此我们再做个比喻,如果我们拿着一台顶级的专业相机去摄影,最后发现照出来的相片是模糊的,这时我们首先应该想到的是如何提高我们的摄影水平,如何更好地对准焦距、保持手部平稳,而不是去抱怨相机质量太差。
同样的道理,如果建不出 Abaqus 模型,或者虽然能够建模但分析不收敛,我们应该考虑的是如何提高我们的专业水平,而不应随便怀疑 Abaqus 的质量,那是一种轻率的推卸责任的做法。
Abaqus 软件被业界称为有限元软件中的“贵族”,这里面有两层含义,首先是 Abaqus 处理复杂非线性问题的能力强,擅长解决接触、大变形、非线性材料等高端问题。正因为它的主要用途是解决复杂问题,所以它提供了很多复杂的功能,掌握起来会有一定的难度,就像专业相机比傻瓜相机难学,开汽车比骑自行车难学,开飞机比开汽车更难学。“贵族”的另一层含义是它的价格相对较贵,任何一种商品,其价格贵自然有贵的道理,正是因为质优才能卖得出高价钱。
事实上,只要经过一段时间的用心钻研,掌握 Abaqus 并不是像想象中的那么困难。下面介绍一些学好 Abaqus 应注意的问题。
(1)掌握基本的力学概念和有限元知识
作为一名有限元分析软件的用户,虽然不见得一定要掌握非常精深的力学理论,但至少应该系统学习过材料力学和有限元基础理论。有限元分析是一种技术含量很高的脑力劳动,切勿将其理解为一些简单重复的建模操作。有限元分析软件和 CAD 软件同样都包含建模过程,但二者最大的区别在于:在使用 CAD 软件时,需要关注的仅仅是软件本身的功能和操作技巧,只要最终能把模型做出来就满足要求;而在有限元分析中,把模型建立起来仅仅是最简单的第1步,还要设置材料属性、载荷、边界条件、相互作用等,以保证分析能够顺利完成,能够得出分析结果。即使分析能够完成,并不表示其结果一定是正确的。如果模型中的参数违背了力学原理或不符合工程实际,计算结果就是错误的。
笔者接触过大量各行各业的 Abaqus 用户,发现很多人都有一个共性问题——还没有系统学习过基本的力学课程和有限元知识,就直接入手去分析相当复杂的工程问题。打一个夸张一点的比喻,这如同刚刚学会几句日常英语,就开始翻着字典去翻译莎士比亚的巨著,或者甚至连字典都不翻,仅凭自己的理解去翻译,这一定会出现很多问题。
(2)认真学习 Abaqus 基础教程
很多读者反映,在按照《实例详解》中的操作步骤一步步建模时,觉得非常容易,但一旦建立自己的模型,就遇到各种各样的问题,甚至是寸步难行。这里面的根本问题,还是读者没有真正掌握《实例详解》中的内容,只是依样画葫芦地操作了一遍,知其然而不知其所以然。
在学习本书时,应该注意避免两种心态,一是急于求成,匆匆翻一遍书就急着开始建立自己的复杂模型;二是过于自信,认为 Abaqus 没什么难的,自己随便试试就可以掌握。我们在最初学习使用 Windows、Office 和 Email 等软件时,大多都不需要看任何教材,自己多尝试几次就学会了,但如果在学习 Abaqus 时同样使用这种方式,就很可能事倍功半,欲速而不达。事实上,如果能够静下心来多花几个小时认真学习教程中的内容,很可能会节省几十个小时调试模型的时间。
撰写本书时,限于篇幅,很多重要内容只能是用一两句话点一下,没有用大段文字来展开论述。如果读者在学习时一味求快,觉得懂了就一带而过,忽略了书中的重要内容,就很容易在建模分析时出问题,有可能犯了最基本的错误还意识不到。
建议读者在学习完《实例详解》和本书的内容之后,尝试不借助书中的提示,独立完成一遍书中的各个实例,如果遇到不收敛的问题,就仔细比较自己的模型和随书光盘中模型的区别,逐步把不同的地方都改成与随书资源包中的模型相同,直到分析能够收敛为止。在这个过程中,要仔细思考建模的每一步为什么要像书中那样做,如果不那样做会不会出现问题。这样就可以慢慢体会到书中各个步骤和各个参数的必要性,如果在建模时图省事或不细心,去掉或修改了模型中的重要部分,就可能出现预料不到的问题。
(3)充分利用 Abaqus 帮助文档和科技文献
Abaqus 帮助文档是最系统全面的学习指南,在《Abaqus/CAE User's Guide》、《Abaqus Analysis User's Guide》和《Abaqus Keywords Reference Guide》中可以找到对 Abaqus 各项功能的详细说明,而《Abaqus Example Problems Guide》、《Abaqus Benchmarks Guide》和《Abaqus Verification Guide》提供了数百个各种类型问题的 INP 文件实例,读者都可以参考学习。
关于某个具体领域的专业问题,可以查找相关的科技文献。例如在万方数据知识服务平台(wanfangdata.com.cn)中搜索“Abaqus 切削”,可以找到很多 Abaqus 模拟切削过程的国内文献。
(4)勤于思考,勇于实践,反复尝试,锲而不舍
前面介绍了各种 Abaqus 学习资源,但无论资源如何丰富、教程写得如何详尽,也不可能解答关于 Abaqus 的所有问题,而只能是指引一个大致的方向,最终还是要靠读者自己的思考、实践和反复尝试,才能真正掌握 Abaqus。
在 Abaqus 的学习过程中,读者应该多动脑思考,多动手操作,多查帮助文档,多总结经验,在这个过程中把学到的有限元知识和工程实际结合起来,真正提高利用有限元软件分析解决实际问题的能力。