流体力学课上的老师这句话，让我义无反顾的上了CFD这艘“贼船”

CAE（Computer Aided Engineering）：利用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能并进行优化，涵盖的分析对象包括结构、流体、热、电磁等。在工业4.0和中国制造2025大趋势下，CAE技术已上升为国家战略，然而国内各大企业及科研院所对CAE的重视程度及技术水平良莠不齐，众多CAE工程师的学习之路及奋斗历程可谓“一把辛酸泪”，今天就和大家分享下我与CAE的点点滴滴，与众多志同道合的伙伴共勉。

一、兴趣使然——对未知世界的向往

每次看到科幻电影中“水漫金山”、“巨浪滔天”的逼真特效，除了享受巨大的视觉盛宴，我对其背后制作团队的精湛技术更是惊赞不已，是什么“神奇的力量”能将自然灾难展现的如此栩栩如生，如同身临其境。

直到大学时的一门流体力学课上，老师在解释现代流体力学研究的三大分支——理论流体力学、实验流体力学、计算流体力学（CFD）时，“义正言辞”的指出计算流体力学是计算机技术与计算方法相结合，通过数值计算的手段模拟未知的流动现象，已成为流体工作者最热的研究方向，就连电影中流动特效也是通过CFD仿真后再渲染而成。

一句话将我推向了CFD的“深渊”。

流动是美的，至少CFD仿真结果是美的，看着两车交会、转静干涉、天气预报、飞机外气动等复杂的流动现象可以通过曲线、云图、动画等形式完美呈现，就义无反顾地上了CFD这艘“贼船”，期望着掌握预测未知的技术，流汗，哈哈，现在想来确实有点幼稚。

真正开始CFD之旅是在我研究生阶段。怀着一腔热血投身于北航名师门下，“你对CFD了解吗”、“CFD有哪些组成部分”，我被问得一脸懵逼，没办法开始学吧！

二、我的CAE漫漫学习路

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。

1、初窥门径

我的CFD学习是从Numeca软件开始的，在叶轮机械领域的应用十分广泛。这款软件对我的帮助较大，因为其有完善的操作教程，全自动叶片结构化网格生成器IGG/AutoGRID，对新人来说上手较容易。我几乎将案例中的例子全部做过一遍，并形成了总结报告，对有疑问的地方进行详细的记录，事实证明这是个好习惯。后期的每一个疑问解决都使我技术更进一步。

Numeca软件的学习使我很快就能计算旋转机械的流场，也对CFD软件前处理、求解器、后处理三大组成部分有了初步了解。但也产生了更大的求知欲望，CFD软件的基本原理是什么，其他流动现象该怎么处理，流动、热、声场问题怎么解决呢？

2、上下求索

本着追本溯源的精神，下定决心一定要弄清CFD的来龙去脉。学校环境比较适合学习,有课堂、有名师、有图书馆、有师兄弟、还有群可爱的小伙伴，尽管如此求知过程也是曲折的。

有效资料获取怎么这么难：

课堂的内容总是浅尝辄止，要想真正理解CFD还得靠自己。CFD的参考资料很多，图书馆、京东、当当各种经典CFD书籍琳琅满目，但是太过经典了，以有限差分法为主要结构，以数学公式推导构建主要内容，理论与实际问题结合几乎没有，更是很少有结合通用CFD软件的原理来写，很多根本看不懂（数学没学好啊）。

但王福军老师的《计算流体动力学分析》确是良心之作，以有限体积法为主，详尽介绍了CFD的组成部分及处理方法，并结合fluent软件给出具体分析实例，使我对CFD有了整体的把控，受益匪浅。

接下来要弄清的就是CFD计算采用的数值计算方法，比如Gauss-Seidel迭代法、Newton-Raphson方法……，这个就先不提了，至今也没理解，但理解了这就是通过一种数值方法来解一个大型方程组。

CFD理论学习的过程是痛苦的，涉及的学科太多，但努力终归有所获得，要想利用CFD技术解决实际问题，对基础理论的学习不能停止。

第一次编程：

还记得CFD课程的大作业是通过欧拉方程求解二维超音速喷管流动，利用Roe格式离散对流通量，4阶Runge-Kutta方法显式时间离散……，细节就不多说了。

这是我第一次利用CFD的知识解决实际问题（没有采用商用软件），事实证明，实践出真知。CFD需要通过自己手动编程实践，才能真正的掌握控制方程如何离散，离散格式怎么建立，空间离散的作用，方程组该怎么解……，有时候人得逼自己一把。

第一次学术交流：

那是我研二的上学期，我第一次参加力学学术会议，投稿了一篇和叶轮机械气动弹性相关的文章，第一次上台做了学术汇报，自我感觉很好的表达了文章的内容，可台下没有一个人主动交流，应该是我这个方向比较前研吧（自我安慰）。

通过这次经历，见识了许多学术界的前辈，被他们的大家风范、严谨的学术作风所折服，也为自己感到骄傲——我也是掌握核心技术的，只能以此自勉了。

勤学好问

在学校最大的资源就是学术大牛和同学菜鸟了。每当思想困惑的时候，总可以找到业界大牛交流谈心，他们总以战略性眼光帮我指明前进的方向，可眼前的问题还得问师兄啊。课题组的师兄弟是我前进的助推手，每当我不知道网格该怎么划、边界条件怎么设置、怎么判断收敛问题、结果怎么处理时，总能在师兄那里找到经验。这就是一种传承吧。

求索的过程是漫长乏味的，但坚持下来还是有所获得。

总结下我的研究生生涯，理论学习有余、实战经验不足；学术水平有所收获（两篇EI也还行），软件工具能力不足；时间利用率较高，但仍意犹未尽。

3、实战磨炼

工作后我接触的问题涉及到流体、结构、振动、噪声，对CAE分析技术要求较高。我也从单一的CFD分析，过渡到对结构的静力分析、动态特性分析、声场分析。接触的软件工具几乎包括了目前CAE分析的所有主流软件，如fluent、ICEM、workbench、hypermesh、nastran、actran等等，说出来自己都有点不信了。每一款软件都有它的精髓，想掌握并不容易，这一过程是痛苦的。

企业没有高校的学习环境，没有充足的学习时间，没有众多菜鸟、大牛们的帮助，只能靠自己。此时面对的情况可以引用仿真秀官方的总结：

软件不好学，课程价格高；
精品资料少，内容不好下；
算例不好选，模型不好找；
操作不扎实，收入来源少。

总结真是精辟，一言概括了CAE学习现状！

然而工作是要做的，学习也不能停止。领导限定3天出结果，结果设计人员对模型进行了调整，2天前处理的时间白忙了。做一个结构强度校核，仿真还没完成，产品都要做出厂型式试验了。尽管存在诸多不顺，但当自己从一个项目从头跟到尾，收获还是满满的。模型该怎么处理，哪些处理会影响精度，收敛性差怎么办，边界条件该怎么设置，结果如何分析并指导产品改进，这些都是从实践中来。

三、CAE工程师研发现状

1、搞CAE的不如做CAD！

做CAE分析是辅助产品设计的。目前大多数企业，CAE是小众的存在，在经济效益好时提倡CAE建设，提高产品设计水平，当经济效益差时甚至不做CAE，反正靠经验也能解决，产品设计才是主流，殊不知CAE也是产品设计的重要组成部分。

2、效率比精度更重要

在企业中，效率远远比精度重要。在市场竞争压力下，产品的研发周期较短，做CAE分析需要指导产品改进，就一定要提高分析效率，前处理是关键。这就要注重仿真规范建设了。

3、领导不懂CAE，同事专业多样

在一个大的企业中，专业各异，领导往往不懂CAE。经常碰到尴尬的局面：设计人员不知道怎么提CAE需求，不懂CAE的人指挥CAE建设，仿真结果无法沟通交流，CAE分析对产品设计未起到实际作用。

4、仿真驱动设计任重道远

在国内，仿真驱动设计任重道远。这既需要CAE同行们的坚持和努力，也需要企业领导者高瞻远瞩，更要有科学高效的研发体系保障。

不过在市场竞争压力下，产品的质量、可靠性、成本是研发者追求的永恒主题，CAE的作用必将越来越大。毕竟我们是掌握预测未知世界技术的（自嘲而已，哈哈）

四、个人经验之谈

在此分享下自己学习CAE的经验：

1、谋定而后动，知止而有得

这是我自己“血”的教训。条条大路通罗马，坐飞机和汽车效率却不同。在选择软件工具时一定要慎重，否则就只能事倍功半了。以我为例，最开始进行fluent仿真时，前处理工具选择的是ICEM，这款软件是兼具几何清理和网格划分的高级前处理工具，更具有结构化网格划分的block特色功能，曾一度被认为是流体前处理的权威工具。

但随着Ansys软件战略的调整，ICEM软件非结构网格划分功能已不如Workbench mesh和fluent meshing高效，结构化网格过于耗费时间，企业是追求高效的，及时放弃和调整是关键。

2、精学一款软件，一套软件

目前软件公司产品趋于平台化建设，功能齐全，应选取专业领域认可度较高的一款软件来精学，形成自己的专业技术优势，而不是样样通，样样松。如Ansys、MSC、西门子等产品，功能几乎重复，没必要什么都会。事实证明，时间是有限的，掌握一款软件不容易，选取本行业公认的求解器以及最佳前后处理软件深入学习吧，时间不等人。

3、注重软件逻辑的学习，先整体后细节

软件的逻辑对应的是背后专业理论知识，必须注重对专业理论的学习，即使有时很无趣。先掌握分析类型的基本构成，在掌握软件的实现方式，再到具体的操作细节，这是一种高效的学习提高方法，知其然知其所以然。例如做气动噪声分析，需了解声音是由于流场的非定常脉动引起，因此得先进行流场的非定常分析。流场的非定常量是如何转化为声音的呢，这就要了解lighill声类比假设是如何计算声源的，进而有了声学分析的激励条件。

4、从简单案例开始，由浅入深

简单的案例有助于我们快速掌握分析流程及软件的操作技巧，增强自信心及并积累经验。如能进行二维简化的决不进行三维分析，具有对称、周期性特征模型不要进行整体的建模，先进性流场计算时不用考虑温度场影响…...

5、注意技术的总结和反思

对CAE学习来说，及时的总结和反思太重要了，每一次总结和反思都是自己提高的过程。建议采用总结报告的方式，对操作技巧、案例分析、解决思路、挫折与弯路进行及时总结，才能不断的提高。

6、寻找志同道合的人

独自奋斗是孤独的，也是低效的。寻找与你志同道合的同事、朋友、大牛，别人的一句建议有时就是困惑我们多年的答案。

7、保持学习的态度

时刻保持学习的态度，努力提高自己的竞争力。趁着还年轻，奋斗吧！

作者：小禹治水 仿真秀科普作者，擅长流体与传热分析 振动噪声仿真与测试技术

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