普通人有限元分析入门方法：理论学习篇

本文摘要（由AI生成）：

本文由固体力学硕士张晔撰写，他强调了有限元分析工程人员在学习过程中的科目选择和优先级。作者建议在学习有限元分析前，避免过早系统学习某些力学领域，而应通过网络资源针对问题查找资料。同时，他提出应提前准备学习振动力学和疲劳理论，尤其是振动力学，因其独立性强且应用广泛。对于线性代数、概率统计和高等数学，作者认为在学习其他科目时交叉学习更为高效。此外，作者还强调了实验设计和概率统计的重要性，并推荐了一本相关教材。最后，作者总结了他的学习套路，并强调了理论知识与实践相结合的重要性。

（这系列文章写的时候估计会被喷，我已经做好心理准备！）

文章开始前，我要先说明：就像文章题目说的一样，本文只是从一个很普通的有限元分析工程人员的角度出发，既没有华丽的学历背景，也没有超一流的企业研发经验，更没有超高的智商，只是从一个普普通通的分析工程师角度和大家说说作为一个普通凡人如何去看待有限元分析学习的问题。

本人在网络上浸淫多年，有限元分析的学习也经历了整整10个年头，从一个无知小白到现在能够解决一些问题的工程人员，一路走来的心酸也是只有自己才知道。回忆最初的起步，以及网络上看到很多新手学习的艰辛，想到写这样一篇文章，说说咱们这种普通人该如何去玩有限元分析。

我打算把文章分为理论学习篇、软件操作学习篇、实际应用学习篇和有限元分析行业市场分析篇四个部分，主要针对学习有限元分析5年以内的群体。

理论学习篇

 一说到有限元分析理论学习，我就觉得我上的那个是假大学，为啥随便来几个不是新手的人都是学过这么多课的，看过这么多书的，我上的大学不都是浪出来的么？我相信很多新手和我的感觉是一样一样的。

首先我以我目前的认知以及在网上很多人解答新手的问题来大致罗列下出镜率比较高的理论科目，并大致评估下学习需要的时间（假设我们从20岁开始为有限元分析打基础）。

大学本科四年掌握：高等数学、线性代数、材料力学、理论力学、概率统计，到这里24岁，这一阶段大多数的步调基本一致，接下来开始：弹性力学（1年）；数值方法（0.5年）；有限单元法（1年）；振动力学（1年）；损伤力学（1年）；张量分析（1年）；线性空间（1年）；软件应用（0.5年）。把以上的内容相加，大概7年时间，WTF！这些学完已经30+了，这玩意我还是按照及其保守的时间，实际操作起来只会长不会短，有人说我可以一起学，有这种想法的人可以试试，或者去问问身边群里那些正在学习的人（这类人肯定不少，而且多数都是新手），听听他们学习之后的感受。

已经参加工作的朋友们肯定知道，过了大学本科之后的阶段，还要学相关的产品设计，产品标准一大堆的东西，读书的还要应对考试，工作的每天还说不定要加班，还要谈恋爱，到了27岁以后还有要考虑结婚生孩纸，要照顾家里人，年纪大了记忆能力理解能力衰退，学这些玩意，确实想太多了，即使学个大概，估计30岁前能学完都谢天谢地了！

所以这种学习方式适合那些精英群体（如果你不清楚自己是不是精英群体的，我想这样判断，反正高数、材料力学或者概率统计这些都是必修的，能够每本一个月内看完并且理解80%考试轻松过的，那可能可以步入精英群体行列了，如果做不到的，那肯定不是了），不适合一般的普通学习者，更加不适合在24岁之后就走上工作岗位的工程人员，所以我们这样的非精英群体该如何学习有限元分析的理论部分？

我们多数人学习的目的是为了保证未来工作中的应用（这个是学习的核心一定要牢牢记住，如果家里有矿学着玩的，不用往下看）。如果我们不是从事科研工作，工作岗位上张量分析和数值方法估计一辈子用不到；弹性力学在实际工作中的应用估计10%的内容就差不多了，而且可能还是其中最简单的那些内容，损伤力学在实际应用当中几乎不搞，企业就做最简单的疲劳测试，试验结果好就是好不好就是不好，从来不分析为什么不好，加强结构换材料最实际。

这里要搞清楚一件事，损伤力学是研究材料怎么破坏的，企业做疲劳试验的目的仅仅只是验证产品是否合格，当结果不好的时候也不会用用到损伤力学去分析材料破坏原因！当然了还有一个现实问题，网上交流虚虚实实谁也分不清楚，很多伪精英报个书名露几个名词有没看过谁知道呢，有些事真不能太当真，当真就是输。所以如果前期我们直接入手这些难度颇高的理论问题，对于一般智商的新手学习者来说绝对不是好事，更多的只是打击学习者的自信心最终放弃。所以接下来我说说个人针对理论学习的看法，大家可以作为参考，其中肯定未必全部合适所有人：

首先作为新人必须要有一本书能够了解有限元分析到底是什么东西的玩意，于是很多超级高深的教材成了主流学习者的首选！比如清华大学的那本有限单元法，但是这事我偷偷告诉大家一句实话：这本书我是看不懂的！没什么好脸红的，这本书在我学有限元前几年的时候连四分之一的内容都看不懂，而且更重要的是随着越往后翻越迷茫，到最后连继续翻的勇气都没有。

（所以我也很佩服那些真正能够把这本书啃完的大神，不包括记住书名和作者的那部分人）我只是一个普通工科学生，毕业后走得也是工程师路线，所以对于我来说这本教材不适合我，但是我比别人运气好，我的导师当时推荐我看另外一本书，这本书现在想来确实改变了我学习有限元的状态，从痛苦折磨变成了一件愉快且有动力的事，这本书也是我经常推荐给大家的《有限元分析-ANSYS的理论和应用》，作者是莫维尼，如下图（电子版纸质版满世界都是）。

这本书的难度基本就是大多数学习者在目前的知识体系下稍微跳一跳基本能掌握。至于这本书看懂了，有了一定有限元分析的基础，接下来其实你再选择看任何程度的有限元书籍就是你自己的选择，即使不再看别的书，以一个分析工程人员的背景，这本书里的知识已经足足够用，我现在在实际工作中极少用到很多理论性的东西，但是这本书我基本是两年左右重新翻一遍。

但是这里我要强调的一点是，不管是难的还是简单的分析理论教材，如果未来想从事和有限元分析相关的工作，一本关于有限单元法的系统性教材是一定要的，而且一开始不管是多简单的有限元理论教材，多数人都是看不懂的！所以即使我说的这本所谓的简单教材也只是相对其他同类型的书来说的，预计这本书看懂基础好的差不多要2个月时间。

在了解并且系统性学习有限单元法的同时，有一门科目一定是要补：材料力学。材料力学本来也就是弹性力学固体力学的前置学习科目，所以这门课非常重要，而且材料力学在工程应用中绝大多数的设计计算公式都是材料力学以及它的衍伸，去翻翻钢结构设计手册或者机械设计手册上那些产品设计公式，绝大多数都只需要材料力学的基础知识就可以了，这也从侧面说明对于大多数工程人员来说不管你是做设计做实验做仿真做理论计算，你的大多数力学知识体系应用只到材料力学。所以学好材料力学对于一个机械设计工程人员来说无比重要，不论你是否未来会走上仿真这条路。

材料力学之后其他力学问题呢，比如弹性力学、固体力学、损伤力学等等，这些力学我个人建议是至少在学习有限元分析分析的前三年甚至前五年不要系统学习，即使遇到了其中一部分内容，针对问题查找资料论文，目前的网络资源如此强大，想掌握某个体系当中的局部知识是一件非常容易的事情，如果我们花大量的时间去掌握这类系统知识，不仅仅浪费有限的时间，最大的可能性是把我们学习有限元分析的热情和动力消耗殆尽。

材料力学学完之后，有两个方面的知识我认为是要提前准备的：振动力学和疲劳理论。尤其是振动力学，振动力学这个玩意是相对于材料力学比较独立的学科，而在实际应用又非常广泛。但是这门课也同样有个问题，非常难，等遇到问题再去通过网络或者手头资料局部针对某个章节学习掌握的可能性不大，所以提前系统学习这个方向是非常必要的，而且学好震动理论的性价比很高，机械几乎所有的行业都涉及到；

第二个就是疲劳，疲劳的学习我个人建议就按照目前几个主流有限元软件的界面把不懂的名词百度下然后把相关知识联系起来就足够了，如果有好的微 信公 众号加上看一看，基本也就懂了，没必要专门看书学习，疲劳现阶段只存在非常粗糙的分析价值，但是实际企业又非常喜欢搞这一套，所以作为新手疲劳的分析只要掌握最基础的那些计算就可以了，不需要花费太多的时间，如果基础足够扎实，其实这一块到遇到问题再学习也是可以的。

最后还有三门课，线性代数、概率统计和高等数学，这三门课我想在有限单元法、材料力学和振动力学在系统学习过程中，一定会涉及到大量的线性代数和高等数学知识，在学这些科目的过程中辅助交叉学习线性代数和高等数学，等差不多这些科目看懂了，基本上线性代数和高等数学你要用的那些知识体系也自然学好了，没有必要单独学习，这样学习就会很有针对性。

但是有一门比较特殊的课程就是概率统计，概率统计这门课在之前的所有科目中是很少关联涉及的，但是却很重要。因为有限元分析工程人员其实有一个非常重要的技能：实验，包括实验设计、实验数据统计这些都是有限元分析工程人员需要掌握的基本技能，所以概率统计这本书最好找一本和实验结合的教材并系统学习，至于学好实验设计和概率统计的重要性在后面实际工程应用篇会涉及到，至于大家又不知道看什么书的，我这里也推荐一本：《实验设计与分析》。

以上的科目算是有限元分析工程人员入门级人士要掌握的科目，有了这些科目的基础，即使后期提升更高级别的理论知识都会非常轻松，但是其实从我的体会来说，我们这种普通工程人员实际工作基本遇到的问题都在以上这些知识体系之中，而这些内容的学习除了有限单元法知识和振动力学知识外，其他都是在大学本科就已经涉及，所以对于新人来说学习的难度大大降低，至于弹性力学数值方法这些问题，我们可以通过实际项目过程中的具体问题通过网络等途径碎片式学习。

但是我们始终是工程师，即使是走专业分析工程师路线的人员，掌握了以上知识体系之后，学习机械设计、标准化设计、产品理论、工艺生产基础等等知识性价比远远高于学习弹性力学、数值方法等问题，当然如果有的学习者不在意时间或者仅仅是因为兴趣学习的话，这种情况就不在我讨论的范畴之内了。

最后整体总结下之前所说的理论学习套路：一本难度适合自己的有限单元法教程进行系统学习；材料力学、振动力学和疲劳的系统性学习；试验与概率统计系统性学习；在学习以上内容的过程中学习涉及到高等数学和线性代数的相关知识；在以上体系完备之后或者学习的同时可学习机械设计、标准化设计、产品理论、工艺生产基础等理论知识；在实际项目过程中碎片化学习其他更高级的理论教材。

但是不得不补充一句，不要一直处在准备学习知识却不实践的状态，这是很多学习者无法进步的主要原因之一。

作者：张晔，2010固体力学硕士毕业，一直重视理论知识的学习，有限单元法、数值方法、材料力学、振动和模态理论、疲劳力学、实验分析等相关基础学科理论功底扎实。因为对数值仿真技术的热爱，进入社会后一直从事仿真优化和实验设计相关工作。提倡将仿真技术和产品设计有效结合，目前本人为3家制造型企业的研发技术顾问，主要从事的工作是帮助企业规划整体研发设计方案及SOP定制，管理企业技术团队，帮助企业建立有效的仿真实验结合的研发体系，并针对企业开发一些基于标准化流程下的设计仿真二次开发工作。

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