如何检查FEA报告是否正确?
学习如何简单地检查FEA报告,即使你没有受过深入的技术培训。
12月5日我曾经认为数学和软件在有限元分析中的作用是两种不同的现象。但最近我意识到,这只是一枚硬币的两面。
你可能认为你需要理解FEA背后的数学原理才能在设计中使用它。软件包会试图说服你,你不需要知道任何事情,因为他们会为你做所有的事情。当然,这两种说法都不对。
在本文中,我将讨论这两种方法。此外,我将向您展示我认为在实际设计中使用有限元分析最重要的部分。我想我知道这可能是什么,我已经做有限元分析设计很多年了!
似乎我们开始生活在一个一切都应该“容易”的世界里。
老实说,我不确定我是否喜欢这样。毫无疑问,我不是在寻找不必要的挑战。但事实上,有些东西很难得到,同时也让它们变得“值得”。好吧,至少在它们有用的时候!
所以让我从这个开始:有限元分析很难!
要获得在设计中使用专业水平的有限元分析的技能是很困难的。你很可能要花几个月(甚至几年)的时间来获得这项技能。没有什么“神奇药丸”可以欺骗你。
当然,你可以通过课程、导师或一个鼓励学习的良好工作环境来“加快学习速度”。但是,最后,在它为你工作之前,你需要付出很多努力……
不管这看起来有多糟糕,我很高兴这就是事实!事实上,有限元分析是困难的,这意味着有限元分析技能也很有价值!
有限元分析困难的原因有很多。我会试着列一个简短的清单,让你知道我脑子里在想什么:
当然,还有其他原因,但我认为以上是最大的障碍。至少这些对我和我观察和培训的工程师/公司来说是最大的。
我知道一些(甚至可能是许多……)软件供应商会试图争辩说我错了。FEA很简单,他们的软件有这个奇妙的“向导”来设置这个或那个分析,你不需要担心所有的“困难的事情”。让我在一开始就说,我强烈反对这种做法。
我不知道它是否还流行,但不久前有限元分析民主化是一个相当大的“运动”。最初的想法是让越来越多的工程师有意识地使用有限元分析。我是这些行动的超级粉丝,我通过在我的博客上传播实用的有限元分析知识来支持他们!我提到这一点,所以毫无疑问,我关心工程师和他们的知识!如果每个人都知道得更多,在自己的手艺上“变得更好”,那就太好了。
然而,(总有一个“然而”,对吧?)……后来的结果完全是另一回事。整个运动从“让工程师理解更多”转变为“简化程序,让人们可以使用这些工具”。这就是我对这件事超级挑剔的地方!
有限元分析很困难,事实上,它被集成到一个友好的CAD环境中并没有改变这一点。你仍然需要明白你在做什么!可悲的是,许多工程师认为“既然我能使用软件,我就知道有限元分析”。遗憾的是,事实并非如此,我将在稍后阐述这个想法。
我将以一个奇怪的陈述来结束这篇介绍。我很高兴FEA是困难的!毕竟,这就是FEA值得追求的地方!
我花了很多努力才学会它。如果有限元分析是简单的,每个人都会在专家水平上做它。如果发生这种情况,我的有限元分析设计公司可能会遇到麻烦。
另外,FEA很难,这也给了我培训人们的机会。我得承认我真的很喜欢这个!如果它很简单,我想就不会有太多的兴趣,所以我的内心老师会不断地悲伤。
我还认为,获得一项难以获得的技能会让我们感到自豪,这是理所当然的!这对你的发展和成长是有好处的。在我看来,把时间花在困难和追求的事情上是个好主意!你不仅能发展自己的事业,还能在这个过程中自我感觉良好!
简而言之:有限元分析很困难…
但这是件好事!
我觉得我应该公平地对待这里的许多软件供应商(因为我一开始就很消极)。当然,FEA很难!但这并不意味着所有的软件供应商都在欺骗你!
我承认,有很多事情你需要了解!简单地说软件不会代替你“当工程师”!如果有人试图说服你(“别担心,点击这里”),他们就是在欺骗你……
但也有在FEA中你需要手动做很多事情.比如网格划分,有时加载等等。其中一些事情往往非常耗时(而且令人沮丧!)。软件发布者非常努力地使这些事情变得更容易做.当他们说“我们的软使这个或那个更容易”时,这就是他们的意思。
所以不要相信买了好软件你就会自动成为专家。毕竟,一辆好的跑车并不能让你成为一名好车手!但是当你是一个好司机,你真的需要一辆好车。要么是为了炫耀你的技术,要么至少是为了在开车的时候感觉好一点。所以有好的软件是很棒的,以后肯定有理由得到更好的软件,等等。
同样的,当你刚开始的时候,你肯定不需要它。事实上,它甚至可能令人生畏和困惑。我觉得最好从简单的有限元分析程序开始.当涉及到超级复杂的分析时,它们可能没有太多的可能性……但是当你不知道如何使用这些可能性时,你并没有错过任何东西!
我开始用Abaqus学习有限元分析(这是许多领域中最好的求解器之一)。这简直是一场噩梦(一切似乎都很复杂,而且选项太多了!)然后,我们为我的办公室买了RFEM,事情变得容易多了!当然,我不能在RFEM中做各种分析,因为它没有这个能力。但我没有做这些分析所需的技能,所以这不是问题!
随着时间的推移,我提高了自己的技能。我开始注意到,我正在使用的软件错过了我想使用的选项。这是一个很好的信号,是时候考虑一个更好的软。当您已经知道缺少哪些特性并且知道为什么需要它们时。我花了好几年(还有一个博士学位!)才走到这一步!
最酷的是,我用在《RFEM》中做FEA赚来的钱买了Femap/Nastran !所以这种方法在商业上也是有意义的,因为更简单的FEA软件包往往也更便宜!
我承认现在,有了开源的FEA软件包,您可以很容易地开始!你甚至不需要购买FEA求解器就可以开始。而且你可以随时学习/升级!从某种意义上说,“购买昂贵软件”的“天然”障碍正在融化。这当然是一件好事!也许这也是FEA民主化运动的一部分。如果是的话——这是个好主意!
到目前为止,就FEA而言,Nastran对我来说已经足够了。但说实话,我希望有一天我能找到我需要的东西,而这些东西现在还没有……这意味着,我将获得新的软件。我真的希望有一天这能发生。它会告诉我,我在某种意义上仍在发展(或者至少在做新事情!)
最后,还有一件事我必须提一下。超级擅长使用有限元分析软件并不会让你成为有限元分析专家!是的,你知道你的FEA软件包的所有“技巧”,这是一个非常有用的技能。只是不要认为这意味着你知道如何解决复杂的问题。它只是帮助你更快地做事情,而不是更多地理解事情!
总结一下:
FEA软件当然发挥了作用,但我认为它并不重要!
软件不会为你思考,也不会做任何决定!您的职责是充分了解自己在做什么,以便正确使用软件。这意味着你必须学习!
作为一个著名的第二十一章哲学家他说:“引擎盖下有什么并不重要,唯一重要的是谁在开车!”
而且,您不必从最先进的FEA软件包开始。使用一些简单易用的东西(如今,我们甚至可以轻松访问开源FEA)。
当你明白你的软件缺少什么功能以及你希望如何使用这些功能时,就是时候寻找一个更好的软件包了!
最后,精通有限元分析软件并不会让你成为有限元分析专家!
我已经录了一个视频关于这个,你可能想读帖子也但我想从一个稍微不同的角度来探讨这个问题。
知道FEA数学是如何工作的真是太棒了……
我对此很诚实。如果你能提供给我一个“魔术”,让我“得到这个”,我将愿意为此付出一大笔钱。
我认为就工程而言,知道总比不知道强!FEA数学也不例外。我只能猜测,知道这么多关于这个主题的知识一定感觉很棒(显然我没有!)问题是,没有“魔术”,你必须非常努力地去“得到它”!那么,如果这需要付出很多努力——这真的值得吗?
在工程中有一件非常酷的事情(一般来说,尤其是在有限元分析中)!无论你成为什么方面的专家,都将是有用的!考虑到这一点,成为有限元数学专家是一个很棒的职业选择!我认为软件公司一直在寻找能够施展“数学魔法”的专家。能够以这样或那样的方式使软件更快、更好或更有能力的人。
我只能猜测这个领域的顶尖人士赚了多少钱——想想杠杆吧!你把一个程序做得更好……然后你把它卖出去:日复一日!我敢肯定,如果你去Ansys、Abaqus或Nastran,告诉他们“我可以把你的算法改进一倍,因为我很擅长有限元分析数学”,如果真是这样的话,你一辈子都不会穷的!
这一切都意味着,有限元数学是一个伟大的领域工作!好钱在眼前,还有一些很酷的机会!
然而,(你已经知道总会有一个“然而”!)…它会帮助你在实际设计中使用有限元分析吗?
这是一个棘手的问题。我认为说“绝对是”的人会将数学与理解有限元分析的工作原理联系起来。但对我来说,这不是一个明显的关系。
因为对我来说,有限元数学比这更具体。所以我要这样回答这个问题:能够写出有限元求解器的方程,然后自己求解,在设计中是没有用的”。这就是我为什么这么想的原因:
请注意,如果你不同意,我很乐意和你讨论这个问题。毕竟,如果你认为这个技能能给你带来什么——我也很想了解它们!请记住一件事…
首先,让我给你们讲一个小故事:
七年级时,我参加了全国范围的数学竞赛。是的,在我的生命中有一段时间我很擅长,我想我只是长大了
这是一份很酷的工作,因为如果你在七年级或八年级,你“赢了”(嗯,这更像是一场考试,我们不相互竞争),那么你就不必参加高中考试了!你只要选一所你喜欢的学校,你就会被录取。这是一件大事,因为我有阅读障碍,我的“波兰语考试”分数会很可怜,我想去一所好学校!
我对这件事的记忆比我八年级的时候要深刻得多,那时候我真的很成功。主要是因为我在七年级的时候学到了一些东西,这些东西真的影响了我的一生(关于数学竞赛……我知道!)
有一个超级复杂的问题需要解决。它要求你计算一组2个复杂方程中a+b的值。虽然我的代数很好,但这次我没及格。主要是因为我花了一个小时试图计算a的值或b的值。比赛结束后,我的老师告诉了我一件至今萦绕在我心头的事:
要知道两个数的和,你不需要知道这些数!
你只需要知道它们的和!
这个想法是如此明显,同时又如此痛苦。知道了这个“秘密”,我能够在几分钟内解决这个任务。我所要做的就是把“a+b”当作一个变量,并计算它的值!和这与我理解FEA的态度有很大关系!
如果你跟着我Linkedin你知道,我利用每一个场合,和任何碰巧说你需要知道数学才能做有限元设计的人讨论“有限元数学”。
我通常会问同样的问题:“为什么?”好吧,这个问题的更详细的版本是“请给我一个具体的例子,说明数学知识对你的有限元设计有什么帮助?”通常,我得到的答案都是这样的(如果你有更多的答案,请!)请在下面的评论中留言——这是一个非常重要的话题!)
问题是前3个虽然正确,但与有限元数学无关!这与理解有限元分析的工作原理有关第四个是完全错误的!
让我们从最后开始。我们生活在一个超级复杂的世界里,如果你认为自己对某件事了如指掌,那就太荒谬了!毕竟,我是在一台做有限元分析的电脑上打字的。我不能修理任何东西,也不能造一台自己的电脑,如果我的生命依赖于它的话!
见鬼,“笔记本电脑服务”的一些人不知道如何修理这些东西。他们只是用新部件替换坏了的部件!他们通过一个接一个地更换东西来检查损坏的地方,看看什么会“修复它”!因此,了解我们使用的工具的来龙去脉是一种奢侈,我们已经不再拥有了。
如果你不同意,请在评论中告诉我。但我也想知道你是否了解国际煤炭和石油运输是如何进行的!因为这也是FEA所需的“计算机使用”的一部分。或者甚至检查一下你是否知道你使用的计算器是如何工作的,而你仍然在用它做数学运算!
但回到上面列表中的前三个。你已经知道,要知道“a+b”的和,你不需要知道“a”和“b”,你只需要知道和!我想这就是分歧所在!
许多人认为理解FEA是如何工作的需要理解数学,我只是不同意!
我可以很轻松地说,我知道迭代是如何在非线性有限元分析中工作的。此外,我了解弧长方法的作用。我知道如何用非线性材料计算模型和很多其他的东西。然而,我不知道控制这些东西的方程是什么样子的(更不用说如何解决它们了!)就像我不知道我电脑里的显卡是怎么工作的一样(我仍然用它来显示FEA结果)。
我不需要知道求解器是如何做矩阵运算的,就能理解当我使用坏网格时,结果会很糟糕!但是,我绝对需要知道,当我使用不好的网格时,结果会很糟糕!
问题是,你看到a之后就会明白网格收敛的几个例子!用这种方式学习网格划分更快更有效。你可以花几个月的时间钻研数学来得出类似的结论,但这将花费更多的精力。Ęven更多!这是假设你真的能够通过所有的数学计算得出这些结论!
同样的道理也适用于其他事情,比如负荷增量、屈服等。你不需要知道“引擎盖”下发生了什么,它完全独立于你而发生!
您所需要知道的是哪些参数控制这个过程,它们的含义,它们的行为,以及如何根据情况调整它们。
我承认,学习所有的数学(然后将其同化为“一般结论”)可以导致学习,当然!但这不是唯一的方法,而且我认为这比其他方法更耗时!毕竟,我知道这些东西,我在设计中有效地使用了所有这些东西,但我不知道“引擎盖下的数学”是如何工作的!
但这并不是我在FEA中遇到的唯一问题……还有更多!
一个简短的说明:
你真的不需要理解数学,但你绝对需要知道“有限元分析是如何工作的”,什么是重要的,以及如何决定设置哪些参数等等。
这是一个奇妙的问题,我认为它很少被讨论(我将在后面讨论为什么)。你看到…理解有限元数学也不能使你成为一个专家的有限元设计师!
即使假设知道FEA数学确实有用,它对一个大问题的帮助也非常小。“如何提出一个恰当的问题,而有限元分析将给我所需的答案!”
即使你完全理解计算机是如何计算你将得到的答案的,你仍然不知道你应该问哪个问题!
多年来,我讨论过很多人都在说“数学是让你成为FEA设计专家的东西(而不是“只是”一个FEA用户)”。我完全不同意!我有一个很简单的问题来说明这一点。解算器使用哪个方程,告诉你如何支持或加载你的模型?
实际上,在FEA中你只需要知道两件事:
可悲的是,我对此的讨论通常围绕着数学“作为启蒙的唯一途径”展开。你知道像这样的陈述:“不理解方程,你甚至不应该尝试使用有限元分析”。这是一个“陷阱”。为了进行有限元分析设计,在有限元分析数学之外还有很多东西你需要知道。这就是工程知识!
“有限元数学”不会让你成为专家……毕竟,知道计算机如何计算答案并不能告诉你应该建模什么以及如何建模!
所以这个“陷阱”是一个相当复杂的东西。你是说不懂数学就不能用有限元分析。这给学生(和教授!)一种感觉,当他们知道数学时,他们可以很容易地使用FEA!
遗憾的是,事实并非如此……
我已经在这里简要地提到过,但让我们进一步扩展这个想法。
当涉及到有限元分析时,让我们用一个汽车的类比。我将从几个定义开始,使其快速:
如果你从这样一个容易理解的角度来看待这个问题,有些事情就会立刻变得清晰起来!
如果你像我一样,你会很容易理解我的意思。我是一名司机,但我对我的汽车引擎的工作原理只有非常粗略的了解。见鬼,当涉及到更多的技术细节时,我完全无能为力!
你知道吗,这完全没问题!
但反过来也是正确的!一个人知道如何制造/修理汽车引擎,并不意味着他就是一个好司机!见鬼,这根本不能让他成为司机!
这是一个完全不同的技能组合。虽然一个人可以同时拥有(驾驶技能和引擎设计),但这完全不是必需的。你不需要知道交通规则来设计引擎。就像你不知道如何制造引擎来驱动汽车一样。
那么,为什么有这么多关于有限元数学的“炒作”呢?
主要是因为有重叠。如果你仔细想想,司机在开车的时候应该知道什么时候换档。这相当于知道如何设置解算器或阅读和理解结果。
有人可能会说,为了理解在任何特定情况下驱动哪个档位的“重力”决定,你必须知道引擎是如何工作的!
说实话,如果你能了解离合器、变速箱和引擎的所有知识,你就能知道什么时候该换档。
在大学里你会听到:
为了使用有限元分析,你必须了解有限元分析数学。毕竟,如果你不知道怎么换挡,你就开不了车!
但驾驶是一项实用技能,对吧?
当你去驾校时,他们简要地解释了引擎的工作原理。但没有太多细节,因为他们只是告诉你什么时候换档,对吧?然后,你必须和老师一起开车,在实际环境中教授你的技能。
你知道吗,这很管用!我敢打赌,大多数司机都不知道引擎盖下的所有东西是如何工作的。但是,他们完全知道什么时候该换挡!
驾校完全明白你不需要知道“a”和“b”。你只需要知道“a+b”的值。因为驾驶老师通常都是好司机,他们很乐意告诉你“a+b”是什么!不需要“跳来跳去”检查“a”和“b”的值。
当然,FEA也可以这样做。但是教起来难多了!就像驾驶一样,它需要实践课程和长期从事有限元分析的经验丰富的教师。因此,大学通常更愿意教你有限元数学。只是因为这对他们来说更容易(通常,他们只是没有资源去做其他事情!)
这就是为什么我们用这种理论的方式来教授有限元分析。老实说,我认为这种情况不会很快改变。
我是说,拜托!如果你在阅读前一部分时没有想到自动变速箱,那将是非常令人失望的!毕竟,工程师通常会寻找问题和盲点!
这是一个完整的圆。因为我们又回到了一些(绝对不是全部!)供应商推出的软件。他们可能会说:“你不用担心这些驾驶-我们的车有这个很棒的自动变速箱!”它会帮你的!”
你马上就会想——自动变速箱可能是个很酷的东西,但它不能让我成为一名司机,对吧?
地狱是啊!
因为换挡并不是你唯一需要知道的事情!即使是超级快的变速能力,或者自动变速的能力也不能让你成为一个好司机(或者根本就不是司机!)
你还需要知道交通规则!没有汽车(至少到目前为止!)可以在你的地方学习这些!
在我们的汽车类比中,了解交通规则就好比成为一名优秀的工程师,拥有良好的设计技能。最后,这就是让你成为一名好司机的原因!
你很可能是在一辆破旧的车上开始学开车的。然后,当你变得更好的时候,你把它换成更好的东西(也许已经有几次了)。我们都知道为什么!
让一个没有经验的年轻司机开法拉利是个坏主意。在这种情况下发生事故要容易得多。我很确定,我会先给我的孩子们买一些旧的破车。只是为了让他们在考试结束后不会觉得自己是“赛车手”!
这就是我在FEA软件包营销中遇到的问题。他们被当作一辆自动驾驶的“神奇汽车”来提供,但事实并非如此!在任何情况下,您都需要具备良好的工程技能(成为一名优秀的驾驶员),这是无法逃避的。
正如我曾经引用过的:
引擎盖下有什么不重要,唯一重要的是谁在开车!
这就是我一开始写这是一个有两面的硬币的意思。大学里的许多人会告诉你,你需要知道所有的有限元数学。没有它,你甚至不能考虑使用FEA。另一方面,一些供应商会告诉你,你不需要知道任何事情。他们会建议软件“为你做这件事”。
事实是,他们都是错的。你需要知道很多使用FEA的知识….不是数学的问题!你需要的是可以从数学知识中得出的结论。比如如何正确地建立模型,如何解释结果等等。你还需要有很多设计工程技能。您只需要知道要计算什么以及为什么要计算!
现在我们到了终点!我正坐在火车上去我的客户那里帮助他们进行ASME审核。我觉得我真的很想和你分享这个(同时在7小时的火车上消磨时间!)
这是一篇很长的文章,但我希望我能清楚地传达我的感受和信念。如果你也有同样的感觉,我想帮你一点忙。我希望我给了你一些论点和例子(和汽车类比!)你可以用作论点。当然,前提是你最终会和别人讨论这件事。
如果你把整个东西滚动一下,看看结论,它们是:
这是一个很长的问题!我真的很想知道你对这一切的看法——请在下面的评论中告诉我。
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再见6月13日。
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