普通人有限元分析入门方法：理论学习篇

不许动

从学习有限元至今，我接触过的分析软件按照时间顺序依次是：ANSYS经典、LSDYNA、WORKBENCH、HYPERMESH以及Solidworks的Simulation，可以看出来其实我是ANSYS的忠实粉丝，而且我是在企业做技术工作，和多数人员学习有限元分析的目的应该类似，就是为了验证产品性能，所以我觉得可以在学习软件操作的过程给大家一点点借鉴思路。

首先先说四件事：

1、这个阶段最大的问题是选择困难症：软件选择、软件版本选择、操作教材选择；

2、任何有限元分析软件安装版本选择我个人建议以最新正式版本为基准，往前推2个版本，选择这三个版本之中的其中一个就可以了。比如当前ANSYS最新版ANSYS18，那从ANSYS16-18都是可以的，这之前的版本最好就不要选了（操作系统跟着时代主流走）；

3、相信我，在学习有限元分析之前你遇到的大多数事情都不叫事情，大多数的困难都不叫困难，曾经引以为傲的智商在学习有限元分析的时候突然就不在线了，这也不用担心，大家都是这么过来的，有限元分析如果没有半年以上的持续性学习，你连门在哪都不知道，所以神马已经学了一周的学了一个月的却丝毫没有进展的不用慌正常现象。

4、FEA（有限单元法的缩写） makes a goodengineer great，but makes a bad engineer dangerous.我想这句话的意思大家都能够理解，都是由比较简单的英语单词，大家请努力记住这句话，对后面的文章内容很重要。

我们先以ANSYS软件为例了解下有限元分析软件界面的发展。ANSYS软件界面目前有：ANSYS经典界面、ANSYS WORKBENCH界面和ANSYS AIM界面。这三个界面虽然在实际使用功能上差别很大，但是从变化趋势中我们可以看出有限元软件界面的发展：首先，友好性程度越来越高；其次，AIM已经是中文界面了。在每次新界面出来的阶段，都出现过非常相似的事件：在WORKBENCH开始推广的时候，很多使用经典界面的人士是看不上这个界面的，觉得这个界面的傻瓜式操作降低了有限元分析的神秘感，同时弱化APDL功能是很多当时使用经典界面的人士难以接受的事情，但目前WORKBENCH的发展情况大家也都有目共睹，基本上已经取代了经典界面；同样类似的情况在AIM中也出现，虽然AIM的定位和WB当时的情况略有不同，而且我个人对AIM这款软件还处于中立态度，谈不上看不看好（毕竟AIM是否会成功确定，但是AIM代表的软件发展方向是一定没问题的），但是中文界面的出现确实又进一步降低了玩有限元分析的门槛，我觉得这是非常好的一件事情，但是目前有一部分WORKBENCH的使用者和当年经典界面拥护者一样，毕竟花大力气玩会了英文界面，结果一个AIM出现瞬间把新手和自身的差距拉近了，这是任谁都难以接受的事情。但是事实上软件的便捷却让我在实际工作应用中不断地受益，原本经典要处理几个小时的东西在WB里只需要半个小时，而最近我稍微看了下AIM，友好的互动和简洁的操作确实更加适合新手学习有限元分析，所以我个人是支持软件傻瓜化，而且既然进入中国市场，就应该做好本地化工作，就应该是中文界面。

如果软件有中文版，愿意看英文的就看英文，愿意用中文的就用中文，让大家都能够受惠不是挺好，就像现在愿意用AIM就用AIM，愿意用WORKBENCH的用WORKBENCH，愿意用经典的就用经典，为何有人会反对？这里我就想到一个关于单反相机的故事，一个玩摄影的朋友说：“单反的出现是好事，设备的智能化能够把那些滥竽充数的人给刷掉，现在摄影水平的分级是大神—单反设备—滥竽充数之人—菜鸟，如果没有单反，菜鸟是没法区分大神和滥竽充数的人之间的区别的，但是现在单反直接让菜鸟达到超过滥竽充数的人的水平，这样大神才能脱颖而出。”也许不断进化的傻瓜式操作界面就是有限元分析里的单反吧。

接下来说说关于软件的一些偏见问题，这个问题我应该有一定的话语权，首先我确实是使用着ANSYS和Solidworks的Simulation两种类型的分析软件，并且这两种软件在我的实际工作过程中实实在在地都在为我的收入做出贡献。分析软件目前大家的主流观念上分为两类：第一类是英语界面并且独立运行的有限元分析软件，这类软件一般也占据专业分析工程师的主流市场；第二类就是目前宣传上针对工程师群体的有限元分析软件，界面更加友好，操作更加方便，而且多数都是中文界面。第一类软件很多人给的定义就是专业分析软件，第二类给的定义就是非专业的分析软件，而且这种思想已经在大多数人的脑子里根深蒂固。对于这个问题我首先要说明的是不论第一类有限元分析软件还是第二类有限元分析软件，亦或者是我们国内正在努力实现国产化有限元分析软件（多数还处在孕育阶段）的科研工作者们，肯定都是本星球上顶级的行业专家，而且这些专家我个人认为应该综合实力上差距不会太大。这三种情况就像我们说的国外进口车、合资车以及国产车的概念，都是车，只是驾驶体验不一样而已。所以作为这个行业的从业人员，也就是我们这些学习应用有限元分析的人士，认清并且尊重这些专家们的劳动成果，摒弃之前对软件的厚此薄彼的观念是我们应该做到的，换句话说无论第一类还是第二类分析软件，都是专业的分析软件，只是面对的客户群体需求不同而已，但是说到工程师是有专业和不专业区别的，用第一类软件的不一定是专业的分析人士，用第二类软件同样也不一定是非专业的分析人士，总结一句话就是没有非专业的软件，只有非专业的人。

有了以上的基本认识，我们就可以来说说新手的学习问题了，我主要从软件选择、软件操作学习过程资料的选择以及软件学习过程中的关注点三块来说明。

软件的选择

大家首先回忆下之前文章开篇的那句英文是怎么写的，我相信现在多数读者脑子的这句话大概是这样子的：有限元分析 makes a good工程师 great，but makes a bad工程师危险。现在要大家完整复述之前那句英语应该非常难，这就是我们普通人的英语真实状况。这句话和我接下来要说的软件选择关系密切。

第一类软件和第二类软件新手能够感受到的最大区别之一就是界面的语言。第一类英语界面软件我们的学习过程是这样的：界面中的专业英语信息通过大脑反应翻译成中文专业名词或者语句，这时多数翻译成中文之后的专业名词或者语句对我们来说也都是陌生的，然后通过资料的检索学习相关知识，最后反应到软件界面的操作上，因为是英文界面，我们在每次学习过程必须多一层次的思考就是专业英语转换成陌生的专业中文名词，教育工作者们都非常清楚，这对一个新手来说负担是非常大的，多数人都有体会非母语语系的记忆难度会大幅度增加，导致整个有限元分析学习的难度提升一个台阶。所以如果对于专业英语非常好的新手来说，直接学习第一类软件不存在太多困难。但是作为多数普通人来说，学习的过程就非常痛苦了（我个人当时虽然是直接切入第一类软件，但是我想说当时学习的效率真的非常低，而且中途差点放弃，其实和我类似情况的人很多，这样的学习方式对于我们普通学习者来说有个非常大的风险：多年学习之后最终一无所成）。所以如果我们要体会到有限元学习的乐趣以及保持不断学习的动力，个人非常建议把第二种专业分析软件作为新手学习的首选，比如AIM，SW的Simulation，UG的有限元分析模块等等，之后随着对有限元分析里面的专业中文名词有了一定的了解之后，慢慢过渡到第一类软件，那时候我们自然会发现专业英语根本不是障碍。这其实就等于把有限元学习分成两个阶段：第一阶段用第二类有限元软件学习有限元分析操作和理论，学会了第二阶段再过渡到第一类软件学习专业英语并进一步学习有限元分析。这样的学习方法对于我们来说好处如下：

1、渐进式的学习方式，先了解中文专业名词，然后再接收对应的英文名词；

2、学习的过程中能够体会到进步成果以及乐趣，提升学习效率；

3、即使最终因为能力或者其他各方面原因，没有掌握第一类分析软件，但是在实际的企业应用中，有很大一批企业是使用第二类分析软件的，这样不至于说学习一无所获，至少第一阶段的学习成果还是可以实现自身价值提升。

至于同为第一类软件的比如ANSYS、HYPERWORKS、ABAQUS等等和同为第二类软件的比如AIM、Solidworks、Catia、UG的分析插件之间的相互其实差距其实都不大，根据你周围环境人员的使用选择即可，一般选择使用者最多的，方便找寻相关资料，这时候最常见的第二个问题就出来了，每个软件都有优势劣势（千万要注意，软件的优劣不仅仅是功能，前后端的成熟体系，软件使用的难易程度以及市场的成熟度和前景都是评价指标），很多人就在纠结于软件的具体功能了，在这里我想说选择也不难，如果你是企业工程师学习，目前只要是个分析软件不论是第一类还是第二类的，都能满足你们企业前期应用的需求，等后期研究深入到一定程度之后再考虑更深的问题，至少在我现在接触的企业看来，基本都没到所谓的后期研究深入的阶段，如果是研究生毕业论文，找篇相似的论文，人家用什么你用什么，如果很多软件都能用，那就选择一款比较容易的。在这里我要强调一件事，在这个阶段最重要的是通过软件界面学习技术，不要太拘泥于软件本身的功能，其实多数软件都能够满足初学者学习技能的要求！

软件操作学习过程资料的选择

选定了软件之后，接下来的问题就是软件操作学习资料的选择问题。目前市面上资料繁多，要选择一系列适合自己的确实非常难，很多资料的迷惑性真的非常大。所以对于有选择困难症的同学，我在这里也给一些自己的意见。

其实很多学习者一开始就在执着于一件事情：我要找一份好的资料或者我要找一个高效的学习方法，所以在学习前期大量的时间花在怎么通过网络或者各种途径询问所谓好的资料，这其实本身就是非常错误的方式。这类资料和理论不一样，一般情况下没有看不懂的，所以这类资料在开始学习的时候对于新手基本都是好的，选定一套然后开始起步比整天纠结与怎么找一份所谓的好资料要重要很多。

软件操作资料目前主要集中在视频教程和纸质教程这两块。首先说下视频教程，视频教程其实没太多好说的，免费的收费的价格差距也很大，我只能说免费的视频资料找一套完整的就行，多也没有！虽然每个作者可能讲的角度略有不同，每个视频你都能学到一些新东西，但是这时间的投入产出比非常不划算。至于收费的视频资料，能联系到老师本人的资料最好，买的主要不是视频，而是一个老师的解答。但是对于视频资料的学习我个人始终是持保留态度的，个中原因这里就不说了。相对于视频教程的学习我个人更加倾向于买一本软件操作纸质教程，想想之前网络视频资源没有这么发达的时候，ANSYS经典不照样被那么多人攻克，说明仅仅依靠纸质教程是完全没有问题的。接下来说说软件操作纸质教程（注意，纯理论教程不在这里重新复述了，不清楚的看理论学习篇）的一些个人建议，目前中国市面上的软件操作纸质教程主要就两类：第一类纯操作教程，第二类结合理论的操作教程。首先读者在区分这两种教程上很难，因为几乎所有的教程都涉及到理论，这其中的关键其实在于结合！一般的教程都是操作归操作，理论归理论，是不存在结合这一说的，所以其实市面上绝大多数的教程都是纯操作教程，在这里咱说说个人对这种教程的看法：当做字典用，如果不知道怎么选的，去当当或者京东看销量和评价，而且我个人建议这种书一定要一本，但是也不要多，3本应该是这类教材的极限数量，如果说整天花时间在看这种书上，那真的很不划算。至于第二类教程目前市面上很少，我个人在之前的理论学习篇推荐过一本《有限元分析-ANSYS的理论和应用》，其他还有几本教材可以选择（欢迎大家回复补充，我这里就罗列几本我自己读过或者翻过的觉得不错的教材）：

《ANSYS工程结构数值分析》和《ANSYS结构动力分析及应用》，作者王新敏；

《ABAQUS有限元入门》和《ABAQUS非线性有限元分析与实例》，作者庄拙；

《ANSYS Workbench有限元分析实例详解静力学》，作者周炬；

《ANSYS Workbench结构工程高级应用》，作者刘笑天。

第三本书是去年的新书，可能很多学习者都不清楚，我是特别推荐给大家，借用京东上这本书的自评：有限元理论和工程实践紧密结合的典范，看完整本书之后我觉得这个自评非常朴实没有任何夸张，而且内容确实充实细致。

软件学习过程中的关注点

最后我们来说说软件学习过程中的关注点。这里不可能涉及到点来讲，主要是从宏观的角度看看怎么去好好利用有限元软件学习有限元分析。

有限元分析软件拿到手第一件事请把相关的帮助文件浏览一遍，尤其是软件自带案例在哪里要找清楚，软件帮助怎么查询也要摸索清楚。其次有限元软件其实是一个非常好的有限元和力学学习工具，跳出的错误提示和错误警告以及界面上的陌生专业名词都不用害怕，通过这些线索去慢慢摸索其中原因，即使问题解决不了，你也会发现以问题为线索在不断地搜索过程中渐渐清晰了有限元分析的学习思路（中文软件如果遇到这样的问题，把界面切换到英文对应下关键词，用英文可以查到更多相关资料）。再次，有限元分析的学习中多数问题比如材料、边界条件这些都是和之前提到的理论相关的问题，这些东西会不会或者意义是什么，和软件本身没有任何关系，但是有一个技能是要通过有限元软件学习的，就是网格划分。网格是有限元分析的基础，大多数新手我个人建议请用至少两周的时间自己好好研究网格划分问题，然后在实际使用过程中再进一步提升。最后一点也是最重要的，你虽然是在学习软件操作，但是你一定要记住你在学的是有限元分析技术，软件操作始终是次要的，千万不要为了操作而操作，操作本身是不存在任何意义的，功能在哪里每个软件都不一样，但是功能本身的物理意义的理解比什么都重要，注意是物理意义不是数学公式。学习有限元分析一定要跳出软件对技术的限制，这样才能真正掌握好有限元分析。

这里对于软件学习新手再提一点建议，有限元分析软件的学习请保证一个月以上的持续学习时间，并养成独立思考少问问题的习惯，独立思考能力是中国目前多数人最缺的能力之一，而这恰恰是学习有限元分析成败的关键。

对以上内容做一个总结：

1、有限元软件操作的练习基本上要保证至少一个月的持续学习时间，其中要拿出两个星期时间单独学习网格划分；

2、软件的选择如果英语好的怎么选都可以，英语不好的可以先选择一款中文分析软件过渡一下，再考虑过渡到英文界面的功能强大的分析软件；

3、软件操作教材要至少买一本纯操作教材作为字典使用，然后推荐的6本书或者更多的书籍一定要根据自己的软件选择几本进行学习；

4、软件只是用来帮助学习有限元分析的一个工具和线索，正确认识软件在学习有限元分析中的地位和价值非常重要。