來源：力學與Abaqus仿真
作者 | 畢小喵博士 仿真秀專欄作者
首發 | 仿真秀APP
導讀：大家好，我是畢小喵，上一篇文章《我難忘的CAE新手仿真入門經歷》引發了不少CAE初學者的共鳴。其實，CAE是一個龐大的知識體系，它不僅包括結構，還涉及流體、電磁、熱學、聲學、甚至光學和化學。就算不考慮那些，僅僅是ANSYS或者Abaqus一個軟件，關于結構仿真相關的知識，你去翻官方幫助文檔，從頭到尾想要把理論到軟件操作都學完，可能大學四年時間都不一定夠用！當然，我們要學習CAE相關的很多知識點，但授人以魚不如授人以漁，比學習知識點更重要的，是學習CAE的方法論。那么CAE仿真應該怎么學習呢？一、任務驅動
我的第一個建議就是——要以任務驅動學習。
想要學會任何技能，最重要的一點就是帶著任務去學習。就好像你要學彈吉他，如果只是為了陶冶情操，那大部分普通人可能淺嘗輒止，練習一段時間就放棄了。但如果你的女神很明確就喜歡吉他彈得好的男生，或者你知道自己半年后有個任務一定要上臺去彈一曲，那在這個壓力下你一定能迅速掌握彈吉他這個技能。
學習CAE也是一樣的。哪怕你只是想要像學英語那樣，覺得“學會了可能會提高自己的職場競爭力”，你也應該給自己一個任務，一個目標，和一個期限。一旦你的學習有了明確的目的和需求，你就有了方向感。比如你看到了一個非常有趣的仿真小例子，就可以把你的初步目標定在學會實現這個案例上。只有學以致用，才能真正讓你所學的知識固化在大腦中。
反面案例就是很多人學習高數的時候。其實高等數學真的不難，它是近代科學的起點，基礎中的基礎。但我們說磨刀不誤砍柴工，你總是需要先磨刀后砍柴才行。但我們許多人在學習高數的時候，沒有幾個人知道甚至見過我們未來要砍的“樹”長什么樣子。你都不知道你未來是要砍樹、還是要釘釘子，還是要在墻上鉆孔。你只是盲目的在磨刀，在做錘子，做鉆頭。結果等到需要你去砍樹的時候，你回過頭才發現，因為當時你覺得磨刀沒啥用，早就把它丟了，或者你的刀根本就沒有磨得鋒利過。
好的，你說我學習CAE就是有明確的目標。比如老師有一個科研任務需要做仿真；或者比如公司里有個產品需要我仿真一下。那這時候，零基礎的你應該怎么辦呢？
——翻開一本《從入門到精通》的書，從頭讀到尾，跟著做完20個案例，然后……從入門到勸退嗎？或者你學著學著發現，軟件背后的原理你根本不懂，還需要回爐重造再學一遍《材料力學》《彈性力學》和《有限單元法》？你確定你有完整學習它們的時間嗎？令人驚奇的是，近期仿真秀平臺正在熱推的工程師職業技能培訓班更加實用。
二、了解基礎，然后直奔需求
我的第二個建議是，學習CAE，要在了解某一款軟件的基礎框架和GUI操作邏輯以后，直奔你的需求。
如果你跟著簡單的驗證案例教程依次學習的話，自然也有它的好處。你可能掌握的知識更全面，更成體系，但……你也更難堅持下來。
你可以花點時間，通過視頻教程和幾個案例，全面了解一下你要選擇的這款軟件的整個分析流程，和界面上功能的組織邏輯。然后你需要用到哪個模塊，就去找那個模塊對應的幫助文檔。直奔主題，朝著你需要的方向深挖下去。
初次學習有限元，你可以是個新手，這不丟人，每個人都有新手期。但你不能永遠是個新手，不能永遠當一個初學者。CAE的知識就像一棵枝繁葉茂的大樹，在主干之上，有許許多多的分支領域。做巖土分析的工程師可能需要在入門Abaqus以后馬上使用巖土相關的本構模型，但他也許永遠都用不到復合材料分析功能。記得我前面說的第一條帶著問題學習嗎？從你的問題出發，反推你需要的知識和技能，找到一條最短學習路徑，然后就上手去干就好了。如果你這樣初步做出成果以后覺得知識學的不扎實，那你就回過頭去把這一條學習路徑夯實，比如前面說的巖土工程師，可以去了解本構模型每個參數背后的物理意義，或者了解非線性有限元分析當中你用到的軟件界面里那些你之前看不懂的選項背后的原理。甚至在你完成了這個需求以后，如果確有需要，你還可以接著擬定下一個需求，然后沿著下一個目標找到一條新的學習路徑，再在CAE這棵技能樹上點亮更多的技能點。
三、基于軟件學習理論
今天大量的人學習有限元，有兩個極端 或者說是誤區。一個極端是去花時間從頭開始學有限元理論。我指的不是學校里科班出身聽老師講的有限元課，而是工作中在要用到有限元時先去找一門有限元的網課去聽。另一個極端是覺得只要學會點鼠標操作軟件，能算出云圖結果就算學會了有限元，而理論完全不重要。
過左和過右都是學習的誤區。在《論語·雍也》篇中，子曰：質勝文則野，文勝質則史，文質彬彬，然后君子。不太恰當的把它遷移到有限元仿真里面來，“質”就對應軟件操作技能，“文”對應理論水平。二者需要結合兼顧，互為助力，共同進步，才能“文質彬彬”，成為合格的有限元分析工程師。推薦學習論述題：會軟件操作≠會做有限元分析（100分）
所以，我對學習有限元方法的第三條建議就是，基于軟件學習理論，把軟件當作學習理論的腳手架。學習有限元最理想的過程應該是一個軟件操作實踐-力學/有限元理論 相互促進，螺旋上升的過程。首先學習基礎的軟件操作方法，學過以后你可能會有很多疑惑。比如對于完全零基礎的小白來說，可能都不知道應力是什么，應力為什么有分量，為什么要畫網格等等。帶著這些應用中遇到的問題，回頭有時間的時候去翻材料力學書補應力的概念，去找彈性力學教材找三維的應力張量定義，去找理論手冊中關于網格和單元的概念。然后你在學習單元公式的時候可能看到了應力計算在高斯積分點，看到了單元分為一階和二階，回過頭在有限元軟件里找到相應的選項，加深你的理解。
看到這里有些人可能會說，ANSYS APDL比Workbench更適合學習有限元底層理論，因為APDL暴露出了更多底層概念，比如單元和各類算法等。我個人對這類觀點持旗幟鮮明的反對態度。這就引出了我的第四條建議。
四、學習最新軟件和最佳實踐
我的第四條建議是：學習的時候，只要條件允許，就應該爭取學習最新版本的軟件，學習你當前在業內能找到的最佳實踐。甚至為了確定你該學哪個軟件/哪個工具，你值得像買手機、選房子那樣仔細做一番比較評估之后再做決定。
這是我的觀點。我知道有很多人可能持有不同觀點，沒關系，你可以聽我狡辯（不是）了解一下我得出觀點的邏輯。
我建議學習最新版軟件的第一個理由是，新版軟件總是具有更多、更強的分析功能。少有的反例包括ANSYS Workbench在19.0以后去掉了FE Modeler工具，Abaqus在2016版本以后刪除了CFD模塊。但無論如何，新版軟件總是代表了這些仿真軟件公司對仿真技術未來發展的最新理解。即使是上面兩個反例，也是因為FE Modeler工具大部分的功能有了更好的實現方案（External Model），以及達索收購了專用的CFD仿真工具，刪除那些技術就表示ANSYS和達索系統公司官方認為它們已經完成了相應的歷史使命，該被淘汰了。
新版軟件的那些功能，對于初學者來說可能有很多都暫時用不到，比如你可能會在新版本的ANSYS Workbench界面上看到 增材制造（AM工藝） 的按鈕，而你也許在很長時間內都不會點開它。但是沒關系，哪怕你只是在使用基礎功能的時候偶爾瞄到一眼，軟件里那些新增的按鈕也在你心中留下了淺淺的印象。你會知道啊原來這軟件還能做這一類仿真，未來某天，也許這一粒種子就將生根發芽，誰說得準呢。
學習新版軟件的第二個好處是，新版軟件一般總是會變得更簡潔易用，更傻瓜化。無論是從ANSYS經典的APDL界面升級到Workbench，還是后來的ANSYS AIM，再到2021版本發布的Discovery，軟件廠商總在不遺余力的降低仿真分析的門檻。（關于這個主題后面我也會再展開論述）
你學不會有限元理論，或者是因為你自己的好奇心和驅動力不足，或者是你沒有掌握正確的方法，沒找到合適的學習路徑和資源。但這都怪不到“軟件太傻瓜化”頭上。作為任何領域的一款軟件，界面做的更加簡潔易用，降低入門門檻，永遠是一款軟件工具該具備的優良美德。
使用舊版軟件和老舊的界面，同樣的操作新版需要一步，舊界面可能需要三步到五步。這些繁瑣的操作就像貧窮時候經歷的苦難，你可以在使用新工具的時候感慨它的易用性然后憶苦思甜，但永遠不要單純的“感謝苦難”。對，別懷疑，我指的就是ANSYS APDL。
最后一個理由，你的公司/所在的組織可能由于各種原因（包括但不限于協作的要求、購買新版需要的成本的限制，以及已有成熟高效的流程），繼續使用舊版本的軟件。但你作為一名學習者，無論是申請學生版還是用其他手段也好，都應該盡量追求最新版。可能有一些新版本只是更新了界面，對你現有的工作流程和效率來說沒有提升，那沒關系，同款軟件的功能大抵相似，學了新版也完全不影響你使用舊版本；而如果新版本的軟件真的有了革命性升級，能讓你原本需要幾天的工作流程數以十倍的縮短時間提升效率，那么將這個升級告知你的組織，并爭取推動組織采用新技術更新現有工作流程并獲得效率提升，就可以是你的責任。
五、CAE學習資料推薦
接下來，我給大家推薦一些CAE仿真學習資料（排名不分先后哦）。根據個人口味可以隨意挑選學習。如果你有一定基礎的話，都讀完其實也花不了太長時間。
這個頁面中，以中文，簡明的介紹了有限元法的基本概念，以及結構力學、流體力學、傳熱傳質、聲學、電磁學等物理場的基礎知識。無論是作為入門教材，還是作為常備參考資料，都很不錯。在我看來，Comsol的多物理場仿真百科比較好的平衡了深度和篇幅，傾向于用最短的篇幅，盡可能清晰的覆蓋到最基本的概念。它的行文和動圖做的也非常漂亮。Comsol的多物理場仿真百科網址已經收錄在CAE仿真入門學習包-有限元分析（領取方法見下文）。
這本《有限元仿真實踐原理-學生參考書》是一本中文的PDF電子書，包含11個章節，涉及有限元介紹、建模、網格劃分、基本的分析類型和后處理等完整內容。這本書是用于輔導大學本科生使用Altair的HyperMesh和OptiSturct求解器參加大學生方程式賽車比賽而撰寫的。
這本書寫的簡明易懂，理論聯系實踐，行文中穿插著許多HyperMesh的實際操作。但即使拋開這些軟件操作部分不看，單看理論講解，這本書也是非常適合入門的教材。如果只看有限元概念部分，我認為它適合任何零基礎的有限元仿真軟件的使用者。這本書可以在Altair的企業網盤上下載到。為了方便讀者，我把Altair提供的所有開放獲取的電子書上傳到CAE仿真入門學習包（領取方法見下文）。
3、第三份推薦資料是ANSYS Learning Hub上的課程
這套課程雖然是英文，但每一節的課件都非常簡明清晰，后面還配有ANSYS Workbench操作案例習題。特點和Comsol的多物理場仿真百科有些相似，只講仿真工程師需要掌握的最基礎的物理概念。
課程包含流體、結構、光學、材料、電磁學等多個領域，但結構和流體的課程相對來說是體系最全面的。ANSYS Learning Hub上的課程網址已經收錄在CAE仿真入門學習包-有限元分析（領取方法見下文）。
除此之外，一些中文的紙質書籍和視頻當然也不錯。比如：周炬老師的《ANSYS Workbench有限元分析實例詳解》兩卷。
劉笑天的《ANSYS Workbench結構工程高級應用》；（其實還想推薦《ANSYS Workbench有限元分析工程實例詳解》的，這本書的序言就很有天師的個人風格。但或許是因為絕版，京東這價格是認真的么……）
還有尚曉江博士的《ANSYS Workbench結構分析理論詳解與高級應用》
此外，還有Abaqus的一些教材，江丙云博士主編的《ABAQUS分析之美》（這本更多是一些分析案例）、曹金鳳博士的《Abaqus有限元分析常見問題解答與使用技巧》，還有王鷹宇先生翻譯的《Abaqus分析用戶手冊》，等等。
最后，還有張曄老師在B站視頻課中使用的《有限元分析-ANSYS理論與應用》，我對這本書的看法和張曄老師一樣，理論講解簡明易懂，ANSYS操作部分由于使用APDL界面，就有些陳舊了。以上這些教材，大部分我自己都買了紙質版。（王鷹宇先生翻譯那一套書我實在是心有余而力不足，只買了一卷）。篇幅原因無法對每本書做更多詳細介紹，我能保證的是，這些書都不是泛泛的“從入門到精通”那種只能用來墊高顯示器的書。開卷有益，讀者可以根據喜好選擇。最后，我還要強烈推薦大家報名參加10月9日開啟的《自學仿真第一課》系列直播。如何自學CAE仿真軟件？小白如何快速入門仿真？仿真軟件如何安裝？遇到計算分析不收斂怎么辦？學仿真還有那些好學習資料？這些是很多新手用戶比較關注的問題，也是一個老生常談的話題。自2022年10月9日起，仿真秀正式推出《自學仿真第一課》系列講座，讓仿真新手走上仿真軟件的入門和精進之路。
10月9日19時30分，仿真秀“開學季·自學仿真第一課”首場講座將由17年+工程仿真引用經驗的仿真秀優秀講師張老師主講《零基礎如何自學Workbench》以下是課程安排（掃碼報名支持回看）
(完)
原文鏈接：https://mp.weixin.qq.com/s/cCu37wNDC6roTMbPWOldpA