仿真工程师难吗？需要具备哪些知识？
最近很长一段时间总被问到这类问题——做仿真工程师难吗？门槛高吗？容易上手吗？……这其实也是很多人的困惑点，不管是初学者，还是新进行业的工程师，多少还会存在有些不解。
现在有发达的网络，学习成本低，随处可以网罗到学习资源，很大程度上降低了各个行业的一些门槛，不再是盲人摸象那般不知不解，仿真行业也是。虽然有这些途径去学习、了解，但靠自己摸索要形成一种系统还是些困难，主要是知识体系较为零散，无法与真实产品、项目建立起强关系。 多数情况下自学到的更多的是软件操作，所以会有一种错觉——仿真不就是操作这些软件吗？这一认知偏差在外行人或者初入仿真工作的人眼里确实存在。但仿真并不是一简单操作的工作，它背后是需要有很多理论、经验、技术等方面支撑起来的，所以我们学会一门技术不仅是要会使用工具，还要懂得工具的应用原理，才能做到真正掌握技术。
就以结构的静力分析这一小方向内容为例来说说仿真到底需要用涉及到哪些方面知识。 想要验证一个设计初期产品的一些功能，需要先通过一系列仿真计算分析，通常情况下结构静强度是第一个需要考虑的因素，也是产品实现最基础功能的考察点。为什么要介绍这些步骤呢？其实每个步骤所蕴藏的知识点是不同的，希望通过简单的介绍可以对大家今后在知识学习或查找上有较为清晰的方向，节省自己宝贵的时间用在学习上。 1、几何清理的内容仅需要我们熟知几何是否完整无误，要求仿真工程师需要掌握一些CAD软件，如：SW、UG、CATIA等，或能够在HM、ANSY中会对几何进行处理即可，对于我所处的平台下仿真工程师很少会参与结构设计工作，有专门的结构工程师，因此这里不对结构设计上的阐述。对于结构设计感兴趣的小伙伴可以多多了解，毕竟技多不压身嘛。 2、在分析几何是否可以化简上，是需要具备一定知识了解的，几何简化的假设可以通过参考、学习《材料力学》《弹性力学》中的一些知识进行获知，如：细长状结构可以简化成梁单元、杆单元；厚度远小于板面尺寸的结构可以简化为壳单元等。杆单元计算中还会涉及截面尺寸的计算，如惯性矩等，可以通过学习《材料力学》中的一些知识，让我们更加清楚仿真计算中的一些参数是如何匹配理论的。而对于什么样的几何可以进行化简，在什么情况下才能化简，就需要有更多的理论、实践才能更好的判断和灵活应用。 3、离散单元在操作中看似是简单的，然而它所涉及的内容却是十分复杂且深奥的，《有限单元法原理及应用》中简单介绍了为何要离散单元，以及不同单元的一些用途。单元类型的选择与应用场景是相关的，什么时候用减缩积分单元、协调单元、对称单元、二阶单元等等与每个相关领域有关，只有深入了解这个领域才能更好的选择对应的单元。但这还不够，单元的离散方式是一门学科，如何对几何进行离散还涉及到几何学、拓扑学等，为何有些方式生成的网格可以是三角形，有些是四边形，或者是混合类型等等，与几何上特征数据分布是分不开的，不过这与我们仿真应用工程师偏离的有些远了。 4、材料属性的赋予中可以对单元赋予一定数值的力学参数，如：弹性模量、剪切模量、泊松比、密度、塑性数据、断裂准则、超弹性行为等，可以说材料赋予这块涉及的内容是十分广泛的。何为弹性模量、剪切模量、应变、应力、阻尼……？这些词汇来自于哪里？如果对这些专有名词不了解，不懂它们用法，那将无法准确仿真，甚至会导致错误的仿真。在《材料力学》《振动理论》《连续介质力学》《断裂力学》等力学相关书本中均能找到一些定义，定义仅仅是帮助我们了解这么一个词汇的基本含义，更为关键的是一些符号及其公式所代表的材料意义，这不得不让我们去学习更多方向的知识，研读更多的相关文献来帮助我们解答这样的问题。 5、对于如何设定模型边界，学过力学知识体系的小伙伴应该听过几何方程、协调方程及平衡方程，这是最基础的三个计算完备性方程，方程若不平衡则无法计算。这些计算在《弹性力学》中经常被提到。模型的边界设定也可能是运动类型的，如：达朗贝尔原理等，在《理论力学》中能找到相关知识点。有时候结构上施加的力无法通过测试得到加载力，需要通过其他学科计算作为输入，如通过动力学提取接附点的力，因此我们还需要了解关系结构动力学的一些知识点，如：汽车结构知识理论是构建动力学的基础。有些计算还会使用到模态叠加法计算，就可以在《振动理论》等书本里了解到振动相关的一些基础知识。 6、最后是提交计算步骤，看似跟我们仿真工程师无关，实则不然。有限元仿真实则就是数值模拟，也就离不开《数值分析》。仿真中的计算方式几乎都来源于《数值分析》里面的一些理论，如：中心差分法、牛顿法迭代法、牛顿-拉夫逊法等，对于模型能否计算成功都需要遵循这些计算方法的准则。这些内容对于仿真应用工程师可以仅作参考，了解一下，对于需要计算开发的人而言是基本理论。从这几个步骤中看起来仿真所需要的知识似乎并不多，但这些仅仅是结构中仿真的所涉及理论知识的一小部分，还是简单的线性计算中的一些内容，可以说这仅仅是仿真世界里的冰山一角！根据不同的问题划分，还有很多方向的仿真，如：流体、声学、碰撞、疲劳、蠕变、复合材料仿真等等，如今的仿真涉及的内容很大程度上已经涵盖了产品的方方面面，通过虚拟仿真测试产品的功能，探测其品质的优劣。仿真所涉及到的知识很广很深，在这么庞大的体系下我们作为个人是无法实现面面俱到，能做的是术业有专攻。 一个人的精力是有限的，仅能做一些力所能及的事，把精力放在最需要的事情上，像上面提及到的一些书籍其实是最基础的知识储备，可以帮助我们在使用仿真软件中不再那么的迷茫，可以在我们遇到问题时，把这些书籍当做一种专业字典进行查缺补漏，帮助我们更精准、快捷的使用仿真软件。 讲了这么多，就是想跟大家叨叨这么个事——若是我们只懂怎么操作仿真软件，那对于仿真软件这样的一个黑匣子而言，我们无非就是个工具人，只会操作软件而不懂其中原理一二，即使是计算有误，我们也无从判断其正确性。至于最开始提到的仿真难不难的问题，对于一个个体而言是很难讲。仿真是条任重道远的路，现在的“路”都铺的很平坦，就看自己怎么走，能走多远是需要自己去衡量。我们也会继续尽自己最大的努力去搜集一些仿真学习资料，帮助小伙伴们学习、成长！ 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-12-23
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