世界读书日：一本好的工具书，帮你打好仿真分析的基础

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导读：近日中国水利水电出版社和仿真秀正在开展“2022汽车仿真设计学习月”活动，在4月23日世界读书日，笔者受邀分享参编《ANSYS Workbench结构分析理论详解与高级应用》一书经历，希望能够引发读者朋友们的共鸣。

一、书里书外

我是2003年作为ANSYS软件用户开始接触ANSYS的，后来又长期为国内ANSYS用户开展各类培训和技术服务工作。在长期与用户的交流过程中发现，其实用户中间有很多常见的共性问题，软件应用的难点也大多集中在这些共性的问题上。

于是，在2016年前后就决定编写这样一本书，希望能够系统地总结笔者在多年的技术服务工作中所积累的一些基本经验，并且能够覆盖一般用户在学习和应用ANSYS Workbench结构分析技术的过程中所遇到的各种常见问题。

最初的计划是在半年内完成初稿的编写，但是后来各种原因总是写写停停，或者写好了一个专题内容之后，感觉不太满意，作废重写；加之中间软件发布了新的版本，操作界面发生了较大变化，于是又根据新版本进行了调整。最后，直到三年后的2019年才完成了初稿，后于2020年顺利出版。各位现在看到的正式出版的篇幅在450页左右，而全部的初稿则超过了600页。因篇幅原因删节的内容以及写作过程中又想到的问题，后续将陆续通过各种渠道发布给读者朋友们分享。

二、读者的困惑

尽管有限单元法的理论早已成熟，ANSYS Workbench也具有易学易用的特点，但是作为大型通用软件，新用户如果不下一番功夫，还是难以快速地掌握。在与ANSYS用户长期的接触中，笔者发现大部分用户的困惑是在初学的阶段，大致可以总结为如下问题：

①ANSYS结构分析提供了两种界面，即：ANSYS Workbench和Mechanical APDL。新用户不清楚两者的关系以及应该选择哪一个界面。Mechanical APDL用户入门较慢，Workbench用户上手快但是可能对封装功能的实现过程和原理不太清楚。

②理论基础缺失，对各种分析类型的计算原理不了解，即便计算出一个结果，也不知道代表什么意义。比如提出这些问题：为什么做模态分析时发现载荷的按钮都变灰了，模态分析的变形是不是就是结构振动的变形，特征值屈曲的变形结果是不是就是结构失稳的形状。

③不了解软件的计算过程和输入输出机制，在计算过程中出现问题时束手无策，不知道如何去诊断问题。

④各种教程和书籍大都侧重操作过程的讲解，关于为什么这样做则很少涉及。对于一些常见的易错问题也较少进行剖析。这导致很多用户只学会了软件的基本操作，但还是不懂各种选项背后的意义，做具体的分析时还是感觉心里没底。

⑤英文的操作界面和帮助系统，对阅读能力和自学能力较差的用户造成一定的学习障碍，帮助系统也不知道如何使用。

⑥网上各种自媒体学习资源水平参差不齐，操作也很不规范，导致初学者花费了大量时间学习各种野路子。

三、这本书写作特色与亮点

本书的写作特色是直面用户难点、理论与实践结合，在讲解相关问题时尽量做到深入浅出、通俗易懂。在理论基础部分，系统梳理ANSYS结构分析理论手册中的内容，结合软件选项进行系统性的讲解。在理论部分，不刻意地去追求理论推导的全部细节，尽可能以通俗易懂的方式讲解分析人员必备的理论基础知识。

书中的每一章都是一个技术专题。在每一专题中均结合具体算例，对相关的概念原理、疑难问题和易错问题进行阐释，可以帮助读者系统地提升理论水平和软件应用水平，以便后续在结构分析的过程中做到概念清晰、心中有数。

本书中很多章节是作者经过深入思考的原创性内容，包含一系列独到的认识和见解。比如：通过虚功原理进行单元刚度方程的形式推导、等参变换与数值积分的实现过程、各种ANSYS单元的形函数总结、边界条件引入与各种导出量的计算、动力学分析的理论体系、隐式与显式算法的根本区别、热传导方程的有限元列式推导、热应力计算的实质、Mechanical界面操作的核心逻辑、Mechanical和Mechanical APDL的关系、结构分析的“二次映射”思想、DM和SCDM中的多体部件装配、指定部件间接触的三种方式、External Model（外部有限元模型）和Mechanical Model的装配、远程点技术的应用、载荷历史的管理问题、边界条件的详细解释、提高应力精度的措施、非线性屈曲分析、接触界面调整技术及应用、模态叠加动力分析技术、多体分析的CMS方法与刚柔混合体方法的比较、在Mechanical中添加APDL命令的实现原理、Workbench实际使用的单元类型和选项，等等。