普通人有限元分析入門方法：理論學習篇

1、普通人有限元分析入門方法：理論學習篇文章開始前，我要先說明：就像文章題目說的一樣，本文只是從一個很普 通的有限元分析工程人員的角度出發(fā)，既沒有華麗的學歷背景，也沒有超 一流的企業(yè)研發(fā)經(jīng)驗，更沒有超高的智商，只是從一個普普通通的分析工 程師角度和大家說說作為一個普通凡人如何去看待有限元分析學習的問題。本人在網(wǎng)絡上浸淫多年有限元分析的學習也經(jīng)歷了整整10個年頭， 從一個無知小白到現(xiàn)在能夠解決一些問題的工程人員，一路走來的心酸也 是只有自己才知道?；貞涀畛醯钠鸩?，以及網(wǎng)絡上看到很多新手學習的艱 辛，想到寫這樣一篇文章，說說咱們這種普通人該如何去玩有限元分析。我打算把文章分為理論學習篇、軟件操作學習篇

2、、實際應用學習篇和有限元分析行業(yè)市場分析篇四個部分，主要針對學習有限元分析5年以內(nèi) 的群體。、理論學習篇一說到有限元分析理論學習，我就覺得我上的那個是假大學，為啥隨 便來幾個不是新手的人都是學過這么多課的，看過這么多書的，我上的大 學不都是浪出來的么？我相信很多新手和我的感覺是一樣一樣的。首先我以我目前的認知以及在網(wǎng)上很多人解答新手的問題來大致羅 列下出鏡率比較高的理論科目，并大致評估下學習需要的時間（假設我們 從20歲開始為有限元分析打基礎）。大學本科四年掌握：高等數(shù)學、線性代數(shù)、材料力學、理論力學、概 率統(tǒng)計，到這里24歲，這一階段大多數(shù)的步調(diào)基本一致，接下來開始：彈性力學（T年）；數(shù)值方

3、法（。.5年）；有限單元法（1年）；振動力學（1 年）；損傷力學（1年）；張量分析（1年）；線性空間（1年）；軟件應 用（0.5年）。把以上的內(nèi)容相加，大概7年時間，WTF !這些學完已經(jīng) 30 + T ,這玩意我還是按照及其保守的時間，實際操作起來只會長不會短， 有人說我可以一起學，有這種想法的人可以試試，或者去問問身邊群里那 些正在學習的人（這類人肯定不少，而且多數(shù)都是新手），聽聽他們學習 之后的感受。已經(jīng)參加工作的朋友們肯定知道，過了大學本科之后的階段， 還要學相關(guān)的產(chǎn)品設計，產(chǎn)品標準一大堆的東西，讀書的還要應對考試， 工作的每天還說不定要加班，還要談戀爰，到了 27歲以后還有要考慮結(jié)婚

4、 生孩紙，要照顧家里人，年紀大了記憶能力理解能力衰退，學這些玩意， 確實想太多了，即使學個大概，估計30歲前能學完都謝天謝地了 ！所以這 種學習方式適合那些精英群體（如果你不清楚自己是不是精英群體的，我 想這樣判斷，反正高數(shù)、材料力學或者概率統(tǒng)計這些都是必修的，能夠每 本一個月內(nèi)看完并且理解80%考試輕松過的，那可能可以步入精英群體行 列了，如果做不到的，那肯定不是了），不適合一般的普通學習者，更加 不適合在24歲之后就走上工作崗位的工程人員，所以我們這樣的非精英群 體該如何學習有限元分析的理論部分？我們多數(shù)人學習的目的是為了保證未來工作中的應用（這個是學習的 核心一定要牢牢記住，如果家里有礦

5、學著玩的，不用往下看）。如果我們 不是從事科研工作，工作崗位上張量分析和數(shù)值方法估計一輩子用不到； 彈性力學在實際工作中的應用估計10%的內(nèi)容就差不多了，而且可能還是 其中最簡單的那些內(nèi)容，損傷力學在實際應用當中幾乎不搞，企業(yè)就做最 簡單的疲勞測試，試驗結(jié)果好就是好不好就是不好，從來不分析為什么不 好，加強結(jié)構(gòu)換材料最實際。這里要搞清楚一件事，損傷力學是研究材料 怎么破壞的，企業(yè)做疲勞試驗的目的僅僅只是驗證產(chǎn)品是否合格，當結(jié)果 不好的時候也不會用用到損傷力學去分析材料破壞原因！當然了還有一個 現(xiàn)實問題，網(wǎng)上交流虛虛實實誰也分不清楚，很多偽精英報個書名露幾個 名詞有沒看過誰知道呢，有些事真不能太

6、當真，當真就是輸。所以如果前 期我們直接入手這些難度頗高的理論問題，對于一般智商的新手學習者來 說絕對不是好事，更多的只是打擊學習者的自信心最終放棄。所以接下來 我說說個人針對理論學習的看法，大家可以作為參考，其中肯定未必全部 合適所有人：首先作為新人必須要有一本書能夠了解有限元分析到底是什么東西 的玩意，于是很多超級高深的教材成了主流學習者的首選！比如清華大學 的那本有限單元法，但是這事我偷偷告訴大家一句實話：這本書我是看不 懂的！沒什么好臉紅的，這本書在我學有限元前幾年的時候連四分之一的 內(nèi)容都看不懂，而且更重要的是隨著越往后翻越迷茫，到最后連繼續(xù)翻的 勇氣都沒有。（所以我也很佩服那些真正

7、能夠把這本書啃完的大神，不包 括記住書名和作者的那部分人）我只是一個普通工科學生，畢業(yè)后走得也 是工程師路線，所以對于我來說這本教材不適合我，但是我比別人運氣好， 我的導師當時推薦我看另外一本書，這本書現(xiàn)在想來確實改變了我學習有 限元的狀態(tài)，從痛苦折磨變成了一件愉快且有動力的事，這本書也是我經(jīng)常推薦給大家的有限元分析-ANSYS的理論和應用，作者是莫維尼， 如下圖（電子版紙質(zhì)版滿世界都是）。這本書的難度基本就是大多數(shù)學習者在目前的知識體系下稍微跳一 跳基本能掌握。至于這本書看懂了，有了一定有限元分析的基礎，接下來 其實你再選擇看任何程度的有限元書籍就是你自己的選擇，即使不再看別 的書，以一個分

8、析工程人員的背景，這本書里的知識已經(jīng)足足夠用，我現(xiàn) 在在實際工作中極少用到很多理論性的東西，但是這本書我基本是兩年左 右重新翻一遍。但是這里我要強調(diào)的一點是，不管是難的還是簡單的分析 理論教材，如果未來想從事和有限元分析相關(guān)的工作，一本關(guān)于有限單元 法的系統(tǒng)性教材是一定要的，而且一開始不管是多簡單的有限元理論教材， 多數(shù)人都是看不懂的！所以即使我說的這本所謂的簡單教材也只是相對其 他同類型的書來說的，預計這本書看懂基礎好的差不多要2個月時間。在了解并且系統(tǒng)性學習有限單元法的同時，有一門科目一定是要補： 材料力學。材料力學本來也就是彈性力學固體力學的前置學習科目，所以 這門課非常重要，而且材料力

9、學在工程應用中絕大多數(shù)的設計計算公式都 是材料力學以及它的衍伸，去翻翻鋼結(jié)構(gòu)設計手冊或者機械設計手冊上那 些產(chǎn)品設計公式，絕大多數(shù)都只需要材料力學的基礎知識就可以了，這也 從側(cè)面說明對于大多數(shù)工程人員來說不管你是做設計做實驗做仿真做理論 計算，你的大多數(shù)力學知識體系應用只到材料力學。所以學好材料力學對 于一個機械設計工程人員來說無比重要，不論你是否未來會走上仿真這條 路。材料力學之后其他力學問題呢，比如彈性力學、固體力學、損傷力學 等等，這些力學我個人建議是至少在學習有限元分析分析的前三年甚至前 五年不要系統(tǒng)學習，即使遇到了其中一部分內(nèi)容，針對問題查找資料論文， 目前的網(wǎng)絡資源如此強大，想掌握

10、某個體系當中的局部知識是一件非常容 易的事情，如果我們花大量的時間去掌握這類系統(tǒng)知識，不僅僅浪費有限 的時間，最大的可能性是把我們學習有限元分析的熱情和動力消耗殆盡。材料力學學完之后，有兩個方面的知識我認為是要提前準備的：振動 力學和疲勞理論。尤其是振動力學，振動力學這個玩意是相對于材料力學 比較獨立的學科，而在實際應用又非常廣泛。但是這門課也同樣有個問題， 非常難，等遇到問題再去通過網(wǎng)絡或者手頭資料局部針對某個章節(jié)學習掌 握的可能性不大，所以提前系統(tǒng)學習這個方向是非常必要的，而且學好震 動理論的性價比很高，機械幾乎所有的行業(yè)都涉及到；第二個就是疲勞， 疲勞的學習我個人建議就按照目前幾個主流有

11、限元軟件的界面把不懂的名 詞百度下然后把相關(guān)知識聯(lián)系起來就足夠了，如果有好的微信公眾號加上 看一看，基本也就懂了，沒必要專門看書學習，疲勞現(xiàn)階段只存在非常粗 糙的分析價值，但是實際企業(yè)又非常喜歡搞這一套，所以作為新手疲勞的 分析只要掌握最基礎的那些計算就可以了，不需要花費太多的時間，如果 基礎足夠扎實，其實這一塊到遇到問題再學習也是可以的。最后還有三門課，線性代數(shù)、概率統(tǒng)計和高等數(shù)學，這三門課我想在 有限單元法、材料力學和振動力學在系統(tǒng)學習過程中，一定會涉及到大量 的線性代數(shù)和高等數(shù)學知識，在學這些科目的過程中輔助交叉學習線性代 數(shù)和高等數(shù)學，等差不多這些科目看懂了，基本上線性代數(shù)和高等數(shù)學你

12、 要用的那些知識體系也自然學好了，沒有必要單獨學習，這樣學習就會很 有針對性。但是有一門比較特殊的課程就是概率統(tǒng)計，概率統(tǒng)計這門課在 之前的所有科目中是很少關(guān)聯(lián)涉及的，但是卻很重要。因為有限元分析工 程人員其實有一個非常重要的技能：實驗，包括實驗設計、實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計 這些都是有限元分析工程人員需要掌握的基本技能，所以概率統(tǒng)計這本書 最好找一本和實驗結(jié)合的教材并系統(tǒng)學習，至于學好實驗設計和概率統(tǒng)計 的重要性在后面實際工程應用篇會涉及到，至于大家又不知道看什么書的， 我這里也推薦一本：實驗設計與分析。以上的科目算是有限元分析工程人員入門級人士要掌握的科目，有了 這些科目的基礎，即使后期提升更高級別的

13、理論知識都會非常輕松，但是 其實從我的體會來說，我們這種普通工程人員實際工作基本遇到的問題都 在以上這些知識體系之中，而這些內(nèi)容的學習除了有限單元法知識和振動 力學知識外，其他都是在大學本科就已經(jīng)涉及，所以對于新人來說學習的 難度大大降低，至于彈性力學數(shù)值方法這些問題，我們可以通過實際項目 過程中的具體問題通過網(wǎng)絡等途徑碎片式學習。但是我們始終是工程師，即使是走專業(yè)分析工程師路線的人員，掌握 了以上知識體系之后，學習機械設計、標準化設計、產(chǎn)品理論、工藝生產(chǎn) 基礎等等知識性價比遠遠高于學習彈性力學、數(shù)值方法等問題，當然如果 有的學習者不在意時間或者僅僅是因為興趣學習的話，這種情況就不在我 討論的范疇之內(nèi)了，最后整體總結(jié)下之前所說的理論學習套路:一本難度適合