毕小喵：我难忘的CAE新手仿真入门经历（赠自学有限元仿真入门学习包）
导读：大家好，我是天津大学在读博士研究生毕小喵。欣闻仿真秀正在全网筹备10月9日开启《开学季·自学仿真第一课》系列讲座，将邀请行业资深讲师（像ANSYS空间张老师、CFD之道胡坤老师和iCAEtube江丙云博士等），帮助学习者找到最适合自己的自学仿真资料，让学习事半功倍。旨在让有限元仿真"新手"快速入门主流仿真软件，并提升工程问题的行业解决能力。作为一位过来人，在我初学有限元仿真软件时，没有前辈/学长和我聊过这些话。那时候CAE学习资料真的很少。而我第一次接触有限元分析(那个时候ANSYS版本是17.0)，几乎全程都在摸索，浪费了不少时间，不足为训。应仿真秀邀请，希望我来分享自学有限元仿真的难忘经历。
一、初识ANSYS APDL
大连理工力学系本科的培养计划，几乎是条条大路通罗马地从每一个角度铺平了通往有限元的道路。从数值分析、结构力学、到变分原理。当我第一次在夏季学期（就是俗称的小学期，春季学期结束后进入小学期，课程总时长只有四周左右）在机房里打开ANSYS Mechanical APDL界面时，我已经知道什么是梁单元，什么是形函数，知道单元刚度矩阵如何组装成总体刚度矩阵，知道变分原理和最小势能原理。但我还是被ANSYS APDL那黢黑的用户界面镇住了。这是Mechanical APDL 2022版的界面。我当时在机房用的……大概是13.0 ？ANSYS其实一直在更新Mechanical APDL。ANSYS在更新它的命令流语法、修改默认算法、增加新的功能，微调输出文件格式，甚至也在改善APDL界面对高分辨率的支持。但这个界面，自从十几年前另起炉灶的Workbench环境出现以后，ANSYS就完全不打算更新APDL界面了。
小学期的ANSYS软件课程，大作业要求是用ANSYS APDL建模一个由梁单元组成的大桥，并给出分析结果。别人怎么想的我不管，我自己从很小的时候开始（从小学 或是幼儿园？），就对计算机很感兴趣，或许也略有一些理解软件界面的天赋。无论是Office、Photoshop还是视频剪辑软件，学生时代的我基本都能无师自通地理解它们的使用方式。但ANSYS APDL这个软件，时至今日我都清楚记得我对它的界面和它GUI交互逻辑的厌恶。这个第一印象直到今天还深深刻在我脑海里。Windows 95 是第一个出现“开始”菜单的Windows 版本APDL的图标和控件风格几乎定格在Windows 95时代，还有同属于那个年代的笨拙的交互方式。第一眼看到APDL的界面时，我甚至联想到了win95发布会上，滚石乐队演唱的那首著名的《Start me up》，和那些有着庞大的体积，还是球面屏幕的CRT显示器。我无法想象和同学们一起 居然在早已普及了液晶屏的笔记本和视网膜分辨率的Surface平板电脑上运行着win95时代的程序界面。我几乎是全程捏着鼻子做完了那份大作业。二、初遇 ANSYS Workbench
不久之后，在另外一门有限元理论课上，老师留的课后大作业是让同学们用ANSYS随便做一个仿真分析任务。那年虽然早就有了移动互联网，但是却没有像仿真秀这样为用户提供系统学习内容和直播交流机会。 所以几乎所有同学都选择去图书馆借一本标题带有ANSYS的书来参考。等我赶到图书馆时，满书架标题带有 ANSYS 的参考书，有一本算一本讲的全都是APDL。那时我安装的是ANSYS 17.0。在那个版本，Workbench环境已经比较成熟，甚至ANSYS还推出了更易用的AIM（这个界面今天已经被ANSYS彻底砍掉了），只不过没有中文而已。
我当时就想，这么炫酷的启动画面，肯定不会只有APDL那么丑的东西吧这难不倒我。Design Modeler的界面虽说相比SCDM还略有些不便，但至少已经是基于草图、特征和约束进行建模的逻辑了。这可真是美好。最大的问题在于……对那时的我来说，打开Workbench界面就是两眼一抹黑，啥参考资料也没有，全靠自己摸索。我清楚记得，准备大作业期间有一天我身体不适，舍友陪我去就医。一路的公交车上我就一直捧着我的Surface平板电脑，打开ANSYS自带的帮助文档，低头一行一行的慢慢读。ANSYS帮助文档写的真是太难懂了，我对着《workbench》的文档目录几乎从头翻到尾，看第一遍都没找着Mechanical Application的界面。现在我们都知道，Workbench的文档就只是介绍Workbench工作台而已。真想用仿真的各种功能，需要查阅的是Mechanical Applications的文档。反正最后……我全靠自己迷迷糊糊的读着一本看不大懂也觉得写的乱七八糟的帮助文档，勉强用ANSYS Workbench做出了一个简单的案例，整个模型就只有一个圆柱体。我甚至还犯了个非常幼稚的错误，为了让力不是加在圆柱体的整个侧面而是加在更小的面积上，我在圆柱体的侧面上加了一个尺寸非常小的凸台。我想着这个凸台尺寸这么小，是不是就能“骗过“软件，也骗过查看大作业的老师？
网格画出来……大概就像这样。当时用17.0画的网格可能比这还要更加惨不忍睹。但总之，最后勉强还算是做出来了。三、正式学习有限元经历
读研后，我的导师给力学系的研究生讲有限元课。在课上我又跟着老师学了一遍有限元的基本理论，勉强算是对有限元的算法有了比较感性的理解。那门课的大作业要求是用任意有限元软件做几道例题。其中就包括在各类有限元入门课上很常见的带孔平板拉伸计算应力集中系数的题目。当时我所在的课题组，师兄们写论**仿真用的基本上也都是ANSYS APDL界面。但我实在受够了它，就想以这门课的大作业为契机，认真学习一下更现代化的有限元软件界面。这也算是我正式学习有限元软件的开端。（本科时太懵懂，学完APDL过几个月就忘记了大半。到读研以后才重新捡起来）最后……那门课的大作业，在不同的题目上 我分别使用了ANSYS Workbench、Abaqus 和 ANSYS AIM 三种软件界面。对同一道题，我也给出了不同软件的网格划分流程和结果对比。
我当时使用ANSYS和Abaqus完成的作业对比
四、自学仿真的学习方法
我自己入门学有限元的过程，其实是在不断的碰壁和摸索中前进的。读研后我也曾去图书馆翻阅各种有限元教材，在满满一书架的有限元书中走过，我翻了差不多一个下午，最终只选定借走了两本书。其一就是后来张晔老师推荐的《有限元分析-ANSYS理论与应用》，这本书我当时也自己买了一本放在书架；另一本是刘笑天、江丙云等几位老师编著的《ANSYS Workbench有限元分析工程实例详解》。这本书现在已经绝版了，网上价格贵的离谱。但这些教材对我来说也只是参考。我自己在入门学习的时候，读的最多的还是官方的帮助文档。对我自己来说，之前的课程已经打下了一定的理论基础，学习有限元的过程就是先理解软件基本的操作逻辑，然后用一个难度适中的实际项目案例做牵引，一边做一边解决其中遇到的技术难点。哪里的软件功能不懂了就去翻阅帮助文档，然后在电脑里记下笔记。我后来学习HyperMesh、再后来学习Comsol、MSC Marc基本上也都是这样。HyperMesh我看过一段时间的教学视频，确实讲的很细，但那些功能点听完是真的记不住。我还是自己试着去理解软件下方Panel面板布局的总体逻辑，记住几个最基础按钮的位置，以及调出帮助文档的方式以后，需要用到啥功能就现场去查文档，用的次数多了就逐渐熟练了。Comsol也是，跟着官方案例库做完两个例子，一边做一边动脑去想，设计者为啥这么安排整个软件的操作逻辑。把整套操作逻辑顺下来以后，感觉虽然Comsol的界面布局和其他有限元仿真软件有比较大的差别，但自身还是逻辑自洽的。跟着帮助文档自学其实是效率很低的方式。尤其是当你没有任何知识基础的时候，直接看帮助文档大概率是像我当初一样，看不太懂的。这时如果能有一位老师带你入门，能够有效节省很多学习时间。很多工程师们本职工作已经很忙，宝贵的时间和精力应该更多投入在自己方向的精进上，而不是徘徊在仿真的大门外久久不得其门而入。
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六、关于自学仿真第一课
如何自学CAE仿真软件？小白如何快速入门仿真？仿真软件如何安装？遇到计算分析不收敛怎么办？学仿真还有那些好学习资料？这些是很多新手用户比较关注的问题，也是一个老生常谈的话题。自2022年10月9日起，仿真秀正式推出《自学仿真第一课》系列讲座，让仿真新手走上仿真软件的入门和精进之路。1、新手入门直播安排
六、零基础自学Workbench
10月9日19时30分，仿真秀“开学季·自学仿真第一课”首场讲座将由17年 工程仿真引用经验的仿真秀优秀讲师张老师主讲《零基础如何自学Workbench》以下是课程安排（扫码报名支持回看）
自学仿真第一课 （一）：零基础·如何自学ANSYS Workbench-仿真秀直播
(完)
作者：毕小喵 仿真秀专栏作者
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