我的ANSYS中级考试认证通过心得

此文写于2019年7月26日，也就是笔者刚刚参加完ANSYS+教育部仿真工程师认证考试(中级)的第二天，就收到了官方通知-通过。当时兴奋不已，便写下了这些文字，希望我的备考经历对后来者有些许帮助，如有不当，欢迎指正！

本人只是一名硕士，常年混迹在各大论坛，看了力学、动力学或者工程热物理的知名高校博士的专业论文，诚惶诚恐，知道自己在工程领域的知识很匮乏。

我的专业是材料科学与工程，但我对有限元分析非常感兴趣，从2017年开始，一直从事与有限元有关的工作，主要分析IMC材料（Inter metal composites）在高温工况下的失效问题，我认为它在未来工程领域的地位无可取代。

一、我在ANSYS理论知识上的积累

第一次接触ANSYS，是使用ANSYS软件分析核电乏燃料运输容器的热膨胀和应力，主要服务于当时的项目标书，那时对ANSYS软件操作和理解非常有限。后来在一家美企分析了IMC材料在通电高温工况下的温度分布，热应力和金属液体飞溅等失效问题，边分析边学习，边学习边分析，中间经历了很多痛苦的历程。

虽然我学过材料力学，但是用得少，很多知识点都模糊了，有时候觉得这里面知识点很多，不知道从哪里抓起，所以我觉得不管如何先熟悉软件，学习软件每一个板块的基本操作和案例分析。

这时候我看了两本书《有限单元法-ANSYS理论与应用》和《ANSYS13.0 workbench数值模拟技术》，我觉得很适合作为初级选手的入门书。

还有一点我是从Workbench入门的，并不是APDL，所以对Workbench里面的操作我掌握是比较熟练的，这两本书中《ANSYS13.0 Workbench数值模拟技术》全方位介绍了ANSYS Workbench从design modeler建模到常用板块分析，适合扫略盲点，全面认识ANSYS Workbench，其中里面还有些对比案例，非常不错。

看完这本书后可以去看看《有限单元法-ANSYS理论与应用》，这本书详细通过APDL界面介绍了ANSYS包含的单元类型和算法，从理论上认识ANSYS计算逻辑和思路，说白了无论是学习Workbench还是APDL，最终还是回归到APDL，因为APDL mechanical是ANSYS的核心，到什么时候都不会变。

有时候你会发现，即使你把书本看了一遍，也操作了某些案例，但是具体遇到一些案例时还是不知道如何分析，我也遇到了这个情况。

通常我会请教相关领域的大牛，例如我就买了很多仿真秀平台-张老师的课程，通过视频学习不仅能够快速地掌握软件中的操作要点（注意事项），而且借助实际的模型案例进行演示和练习，非常直观！

不用在碰到问题时候去翻网页翻书，而且你也不知道你现在做的是不是有问题？真心觉得：有一个人指导真的是能够很大程度上提高学习的效率，所以视频教学是提高学习效率一种重要方式。有人把所有的问题点和所有容易犯的错误都给你总结好了，这比你自己碰到问题，回过头更改要好十倍百倍，所以我认为软件学习就是自学加上一个好老师。

有些同学一遇到问题就去问老师，或者在微信群直接@某某人，其实老师们（大佬）很不喜欢这种行为，甚至引发激烈的争吵，这样的情况屡见不鲜。其实，自己都没有好好思考过怎么能够真正解决问题。

当然，还有些同学把学习的责任全部都放在老师这里，老师讲完了没有理解就觉得老师讲的不好，这样评价很不客观。作为学习者，应该多加独立思考和实践，外加老师的指导肯定有一个不错的效果。

在经历过一定时间后的学习和练习后，我对ANSYS的认识逐渐清晰。但是问题来了，学习ANSYS的理论知识，更多的时候停留在记忆概念上，因为ANSYS提出的理论都是特别抽象的数学概念，相信按照中国的教育理念，很多人都把高等数学和线性代数忘记得差不多了，有些人会觉得这个掌握了也没用，太抽象，而且只要会软件操作就行了。

但是我觉得很有必要去掌握的这些理论。《有限单元法》或者《弹性力学》，非常晦涩难懂，但是有益，如果理解不了可以慢慢看，如果想成为这个领域的高手，这个必须要掌握，另外我在硕士研究生期间学过《计算数学》，我觉得也是很有帮助的，总之ANSYS是一个集成材料力学、弹性力学、算法和有限元等多学科知识的一个工具。

二、ANSYS仿真工程师（中级）考试准备

今年3月，通过ANSYS官方推文，了解到ANSYS正在与教育部/工信部开展仿真创新工程师认证。ANSYS仿真工程师考试认证有两个级别，分别是中级和初级。由于我有相应的工作经验，就直接报考中级。有同学咨询我，ANSYS的这个证有啥用？我只能说有这样的疑问不如不要报考了。其实很多事情有用无用取决你自己而不是外界因素。ANSYS中级考试复习要紧密联系ANSYS中级考试大纲，我认为这个考试大纲把主要的内容已经概括得非常全面，甚至作为初学者都可以把这个当做学习大纲。我根据自己的学习体会认为目前ANSYS mechanical板块可以分成以下：

静力学分析：

• 实体、杆、壳和梁（注意这些单元的数学含义）静力学分析和含义
• 接触分析（包含装配体分析和非线性接触，不同类型单元的接触分析，这里面甚至包含钢混结构等复杂的非线性分析）
• 静力学屈曲分析（主要是易失稳结构的线性和非线性屈曲分析）
• 断裂力学分析
• 静力学和流体力学的耦合分析
• 热应力分析
• 蠕变分析
• 疲劳分析
• 不同本构模型材料的非线性分析
• 动力学分析：
• ① 单部件或者装配体的模态分析（干模态和湿模态分析）
• ② 瞬态动力学分析（直接解二元齐次方程计算）
• ③ 模态计算+瞬态动力学计算（模态叠加法）
• ④ 谐响应计算
• ⑤ 响应谱分析
• ⑥ 随机振动分析
• ⑦ 随机振动分析+疲劳计算

以上是根据长时间学习加上操作练习总结的目前ANSYS mechanical中static structure和transient structure能做的事情。

三、根据中级考试大纲，我认为1、可以先进行材料力学和弹性力学复习，相信大多数人都学过材料力学，材料力学主要是将力学概念从简入繁，系统梳理力学知识点，但是材料力学在实体单元的复杂应力计算是比较薄弱的，所以弹性力学是从基础数学概念出发，通过解方程来实现对复杂应力条件下的应力求解。这里材料力学的知识点就不赘述了，大家很熟悉，弹性力学的精髓应该就是弹性力学的假设条件，以及基于这些假设条件给出来的方程，这些方程可以封闭并进行求解。

有限单元法的概念在《有限单元法》这本书中有提到，如果不能理解四面体的可以用三角形常应变单元去试着计算，这里最重要的概念之一是形函数，可以自行推导形函数的表达式，这样就了解了整个单元内的解和单元节点的解是什么样的关系，进而就可以理解单元刚度矩阵的意义。这里考试中遇到的题目有：提高压杆稳定性的措施，四种强度理论，蠕变和应力松弛的影响因素，形函数的意义，单元刚度矩阵的特点，这是我遇到的，不排除有其他考点，因为这里是个题库。

如果知识点复习完了，就可以在软件上多进行操作了，使得知识点和软件相结合，这样也利于软件上面知识点的复习。结合理论知识对ANSYS mechanical复习

• 网格划分：mesh网格划分方法，网格质量检测标准（网上资料很多）
• 分析过程：一定要理解ANSYS中每个单元的含义，包含实体、板壳、梁、质量点和弹簧，甚至包含运动副等概念，主要弄清每个单元的自由度和数学含义；
• 接触计算的理论和每种接触的含义（这个必考）；
• 理解子步和载荷步的含义，理解NR迭代法在非线性计算中的含义；
• 掌握静力学环境下常用载荷和约束的含义，并结合圣维南原理去理解（有些人总是说应力偏大）；
• 四种强度理论的应用；

这里我认为必考的考点，而且在上一次考试中出现的题目：

• 网格划分方法函数的含义，网格质量评判标准（任意指标高低的影响）；
• 质量点MASS单元的特点等；
• 梁单元的类型，两种梁单元的区别，壳单元的类型，两种壳单元的区别；
• 接触行为和某些接触算法只能在哪些接触类型中应用（必考）；
• 一定会考一个常用载荷的含义和定义哪些参量等。

2、动力学复习

动力学的基础理论知识要比静力学复杂一些，但是其在ANSYS workbench操作的难度是比较小的，也就是说我们理解了动力学的基础理论，那么再把它和软件结合起来会发现容易许多。

首先是模态分析，模态分析就是理解有阻尼模态和无阻尼模态分析的区别，还有一个重点是根据模态分析，我们能得出来什么样的信息，这里最重要的是固有频率、模态振型、振型参与系数和有效质量系数。

模态理解后剩下的就好办了，就是基于模态分析的结果来进行瞬态动力学、谐响应分析、响应谱分析和随机振动分析。这里可以通过很多渠道获取这些分析背后计算的原理和要注意的细节问题。

同时《有限单元法》中也有关于求解动力学问题的方程的细节，感兴趣的同学可以参考。在考试过程中出现的考点：

• 动力学方程的提出基于的原理；
• 时域分析和频域分析的区分；
• 每种分析类型背后的算法；
• 简谐振动的表示形式；
• 模态分析能够得到什么参数；
• 瞬态动力学问题用到的求解器；
• 瞬态动力学问题的时间选取原则等。
• 总之，动力学有很大一部分理解是基于静力学，而且动力学比较更看重基础理论，所以个人观点在这块应该注重理解理论知识。

3、前处理和后处理

前处理的考点是基于spaceclaim，大家不要忽视这个点，就考试而言这里几乎有十题的样子，也没有什么太好的办法，可以参考《ANSYS spaceclaim 直接建模指南与CAE前处理应用解析》这本书，大纲里面也把考试的考点规定很清晰了，基本上能覆盖所有的考点，可以边看边练习，但是考题大部分是多选，所以千万不要漏选。

后处理就是有比如ANSYS能输出什么样的结果这样的考题，比如文本结果还是图片，ANSYS后处理常用的命令流有哪些等等，这些可以在网上找一些资料配合自己经常使用的经验总结出来即可。

4、传热学分析

传热学的内容并不多，大纲规定的比较清晰，按照上面规定的知识点复习即可，但是在考试中遇到的考题会比较集中在热分析边界条件的概念上。主要是对流边界条件、热辐射边界条件和热通量边界条件能施加在点、线、面和体的哪几种。

5、其他知识点

包含疲劳分析，断裂力学分析和屈曲分析。疲劳分析本身也是ANSYS分析的一个重要分支，但是考试里面主要考察对疲劳分析的认识和基于workbench的疲劳分析，考题不多，主要是高周疲劳和低周疲劳，疲劳分析的时候需要定义哪些参数；断裂力学理论知识会考，主要是材料的裂纹有哪几种，裂纹分析中半椭圆裂纹、任意裂纹和预应力裂纹分析针对的工况有哪些；屈曲分析，理解屈曲分析的过程，区分线性屈曲和非线性屈曲，其中有一道考题是说线性屈曲分析要定义材料的那些属性。这些知识点占比不多，但是也会有一两道考题，所以不能把这些遗漏。以下是我根据大纲做的笔记

作者：黄祥，东北大学材料学硕士，曾参与核用材料研发和项目设计，而后在kennametal工作，做有限元分析工作，曾在没有任何额外复习资料（题库，视频）的前提下，通过中级考试 。

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