Ansys中级认证考试：扫清了我有限元分析工作中的许多知识盲点
大家好，我叫郑一一，正式从事CAE分析工作2年多！
第一次接触有限元分析是在攻读硕士期间，我对它可谓一见钟情，还记得我参与的第一个分析项目是跟着师姐搞某越野车的碰撞分析。刚接触有限元分析，我没有系统学过有限元分析的理论知识，仅有一本Hypermesh有关的书籍。于是，画了半学期的网格也没真真正正提交计算一次。
研二开始被学校选中与另一所大学联合培养，课题和实验地点都到了另外那所大学，因此，我中断了有限元系统学习整整两年。但在这期间格外关注有限元分析这一项能力，偶尔自学一下理论，逐渐了解到它的强大功能和应用场景。这也给我埋下了毕业后从事有限元分析工作的种子。
刚开始从事这项工作并不顺利，正逢公司前辈跳槽，没有交接也没有其他前辈可以提供帮助，于是我开始了如同高考前般的节奏发奋学习。在此感谢公司给予我充分的学习时间，日常工作任务并不是很重，晚上还是有足够的精力进行学习。我的目的很明确，理论实操一起抓，理论往深了学，操作软件哪一款简单学哪一款，因为软件只是实践理论的一个工具而已。
虽然HyperWorks网格划分功能强大，但界面操作实在不人性化而被我放弃；ABAQUS同样，我不仅不喜欢它的界面，还觉得使用起来整个操作思路不够清晰。但Workbench不一样，打开后就能看到所有集成其中的分析模块，一目了然，每个模块又清晰的定义了工作流程，界面清爽简单，很大程度上提升了学习效率(个人观点，仅供参考)。
刚开始工作的那段时间，通过书籍和网课较为系的学习了静力学、动力学多个模块的学习，也很快的掌握了基本分析思路和实践操作，但随着学习的深入带来的问题也层出不穷，比如应力集中的处理、接触方式的选择等等。
可以说有限元理论是这项工作的核心，Workbench是这项工作的得力执行者，软件操作通过做项目和日常联系可以快速、熟练的掌握，但理论知识就需要理解和积累。在备考前，我将辅导课程中的内容整理为了脑图，有空的时候看看加深记忆。以下贴出的是整理的有限元法脑图：
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前不久，我参加了张老师的直播课-Ansys工信部中级认证考试辅导公开课《金属材料强度评估的工程实践与结构认证解析》，感兴趣的朋友可以在仿真秀APP回看，为此笔者通过学习，分享一个工程案例：双片式复合材料板簧分析。
主簧和副簧均是复合材料制备，采用单向布液体成型制造，因为是各项异性材料，所以定义方式与普通材料有所不同。双片式复合材料在受力时上下簧之间有摩擦接触，是典型的非线性分析问题，根据板簧测试标准施加静载荷，所以还是采用静力分析模块。
几何模型
复合材料材料数据定义
基本参数定义好后进入mechanical，首先赋予各几何模型材料参数，金属材料直接赋予即可，复合材料部分需要定义单元方向，这里各单元X方向为纤维轴向方向。
定义单元方向
接下来是定义接触，两片簧之间为摩擦接触，摩擦系数0.2。主、副簧中间由上下扣板连接，这部分区域和其他部位采用绑定接触即可。
定义摩擦接触
网格划分时首先定义网格类型，由于整个模型弧形线较多，又是非线性分析，这里选用二次单元，可以更好的贴合弧线并适应非线性分析，减少单元数量。其次，由于该模型比较规整，定义各个模型网格尺寸，采用MultiZone方法即可，单元质量达标（workbench中采用适合的网格划分方法后保持默认设置或简单调整一下通常就可得到较高的网格质量）。这里查看网格偏斜度值，偏斜度大于0.5的单元不足200个，且低于0.6，网格质量很好。
MultiZone网格划分
网格偏斜度值统计
分析设置是非线性分析中较为重要的一个环节，这里根据前期的初步分析和调试，定义了较为合理的初始步长和最大最小步长，这里特别注意需打开大变形选项。
接下来进行约束和施加载荷，板簧两端连接吊耳的一端需放开旋转自由度，这里采用远端位移约束，远端点为安装孔中心点。受力方向为板簧中段100mm长度面积上施加，竖直向下。
分析设置选项
约束与载荷施加
分析过程可查看力的收敛，帮助监控每一步迭代情况，比如发现多步迭代不收敛或没有收敛趋势可提前停止求解查找不收敛原因。
力收敛曲线
求解结束后如图插入需要查看的几项结果，由于定义了各向异性材料，针对性的查看材料X方向的应力来进行失效判断（需选择求解域坐标系）。
这里还插入了接触工具，查看接触状态和接触压力。
最后，同时选中施加载荷和位移结果插入图标，可直观的看到板簧受载时的力位移曲线，通过简单转换可得到板簧的刚度曲线，与设计要求和测试（贴了应变片）结果比对发现，分析数据与实验测试结果高度吻合。
以上是参加工信部Ansys创新仿真工程师认证学员的考试心得，希望对正在备考和未来计划报考工信部Ansys创新工程师认证的朋友有所帮助。
