丹凤千字科普：cfd软件中哪款最实用（详细资料介绍）

作者|尚晓江

首发于|仿真秀公众号

当前这段时间正是本科生开展毕业设计或毕业论文工作的重要时期。近年来，随着大学研究生升学比例的逐年提升，越来越多的本科同学选择进行毕业论文而非传统意义上的毕业设计。对于工科学术追求深入的同学来说，如果选择了以计算和分析为主要工作的论文选题，那么学习和使用有限元分析或CFD等计算软件是不可避免的。

对于几乎没怎么接触过分析软件的本科同学来说，在短暂的时间内（大概十周左右）需要完成论文选题、开题、文献阅读、分析软件学习、建模与计算、成果分析与整理、论文撰写等一系列工作，时间相当紧张。对计算软件的掌握程度将直接影响到毕业论文工作的进度和质量。

由于今年的影响，许多同学可能是在老师的远程指导下进行毕业论文的选题和开题工作，这无疑增加了毕业论文环节的难度。本文以工程结构有限元分析软件ANSYS的应用为例，探讨在本科毕业论文计算分析工作中需要注意的问题，希望能帮助相关专业的同学在软件学习和应用方面掌握正确的学习方法，避免走弯路。

一、软件学习需要的背景知识

作为分析软件，ANSYS要求使用者具备一定的专业背景知识。

对于分析杆系结构的用户，需要掌握材料力学、结构力学、计算结构力学或杆系结构矩阵位移法等基础知识，并了解梁的截面特性、单元刚度矩阵、杆系结构的节点约束类型、节点的连接方式（铰接、刚接、弹性连接）、空间梁的截面定位等基本概念。

对于分析实体或板壳结构的用户，需要了解弹学、板壳力学（至少了解薄板的小挠度弯曲理论）等基础知识，并理解一点的应力（应变）状态、主应力（应变）与应力（应变）不变量等基本概念、了解平面应力、平面应变、轴对称以及3D弹学问题的基本方程和边界条件，了解常见问题的理论解答。

温度场分析和热应力分析方面的用户，需要掌握基本的传热学基础知识，了解热传导傅里叶定律、导热系数、热膨胀系数等概念，了解固体的热传导方程及其边界条件，了解温度应力分析等理论知识。

振动方面分析的用户，需要掌握结构动力学方面的基础知识，了解振动分析中的质量、刚度、阻尼等基本概念，了解结构动力学的一般方程、自由振动和受迫振动、地基运动与隔振的基本概念等。

结构稳定性分析的用户，需要了解压杆稳定理论、板件的弹性稳定性、非线性分析的基础知识和常用算法等。

在上述理论知识的基础上，再结合软件的学习，基本上能够保证计算分析不出现概念性的偏差。如果有额外的时间，可以进一步学习有限元方法、数值计算等内容，但这些并不作为本科阶段的硬性要求。

二、选择何种软件操作界面

ANSYS结构分析软件由于历史原因，目前存在ANSYS Workbench和Mechanical APDL（ANSYS经典界面）两种不同的操作环境。这两种操作环境并没有本质的区别，只是前后处理环境不同，其背后的求解器是统一的。

到底使用哪一个界面呢？这要根据问题类型及老师要求等因素来选用。如果指导老师有明确要求，那么按照老师的要求来选是最方便的，这样可以得到老师的指导，也便于获取往届师兄的论文模型等资料。如果没有特殊要求，那么可以根据具体的问题类型来选择。例如，如果是杆系结构问题，建议学习和应用Mechanical APDL界面；如果是实体或板壳结构问题，建议学习和应用Workbench界面。

三、软件学习方法

对于没有接触过软件的同学，建议在开始具体的建模和分析之前，先花一周时间学习一下软件的基础知识。可以通过学习相关参考书或视频课程来全面了解软件的基础知识和操作方法。静下心来，聚焦于软件本身，而不要急于开始具体的建模和分析。

对于Mechanical APDL界面的用户，需要了解起始层和处理器层的概念，了解GUI和命令操作的内在统一性。其实Mechanical APDL界面的实质就是一系列包含有一系列命令的不同处理器（前处理器、求解器、通用后处理器、时间历程后处理器）的组合。你需要了解几何模型和有限元模型的区别，了解求解过程的和载荷步、子步的概念，了解总体坐标系、局部坐标系、节点坐标系、单元坐标系和结果坐标系，了解常用的文件类型、数据库备份的必要性、log文件基础上编辑形成命令流的操作等等。

对于Workbench界面的用户，需要了解Project Schematic中分析流程的搭建，了解流程中各组件单元格的状态以及刷新和更新操作的作用与区别，了解Engineering Data组件定义材料数据的基本方法等等。此外还需要重点掌握一种几何组件的建模和模型编辑操作并熟练掌握Mechanical组件的界面操作。在了解软件的基本概念和操作方法的基础上可以进行一些简单实例的操作来检验学习效果。建议优先选择官方培训中的例题进行练习因为这些例题能够帮助用户全面熟悉软件的功能和操作方法。

四、如何建模

建模往往是初学者花费时间最多的一个环节。对于Mechanical APDL界面的用户主要用来建立杆系结构计算模型建议抓住PREP7前处理器的操作主线即单元特性定义（单元类型、材料、截面）、