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1. 黑箱的秘密

仿真工具，如ANSYS，對于我們來說就像一個黑箱。我們輸入一些用戶數(shù)據(jù)，比如幾何形狀、網(wǎng)格、邊界條件、材料屬性，然后獲得結果。這些結果可能是色彩豐富的圖片，也可能是其他形式的數(shù)據(jù)。然而，如果我們不知道黑箱內(nèi)部的運作機制，那么這些結果可能就會出現(xiàn)錯誤，或者失去其應有的意義。因此，我們需要理解黑箱內(nèi)部的運作機制，以便更準確地使用仿真工具。

?2. 黑箱內(nèi)部的運作

我們的物理問題，通過用戶輸入，被仿真工具轉(zhuǎn)化為一個數(shù)學模型。這個數(shù)學模型是基于一些關鍵的物理原理，比如平衡或者守恒定律，同時也包含了一些假設。仿真工具并不直接解決物理問題，而是解決這個物理問題的數(shù)學模型。并且，它只會在選定的點上計算選定的變量。例如，在固體力學仿真中，它會計算位移；在流體力學仿真中，它可能會計算壓力和速度等。

?3. 預分析

在每個案例研究中，我們都會在使用工具之前進行預分析。預分析的目的是幫助我們思考黑箱內(nèi)部的運作機制。我們會考慮數(shù)學模型，它基于的物理原理，以及模型中的假設。我們還會考慮數(shù)值解的策略，以及如何最小化誤差。此外，我們還會進行一些手動計算，以預測結果的趨勢。這些手動計算可能會使用數(shù)學模型的近似，或者基于完全不同的數(shù)學模型，或者基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)等。

?4. 分析和驗證

我們在使用工具之前進行預分析，同樣，我們在退出工具之前也會進行分析和驗證。分析和驗證是一種系統(tǒng)性的檢查結果的過程。在驗證過程中，我們會檢查我們是否正確地解決了模型。我們會檢查結果是否與數(shù)學模型一致，邊界條件是否正確，物理原理是否得到了滿足，以及數(shù)值誤差是否在可接受的范圍內(nèi)。在驗證過程中，我們會檢查我們是否解決了正確的模型。我們會檢查數(shù)學模型是否是物理問題的合理表示，模型中的假設是否可接受，

?5. 預分析的重要性

在每個案例研究中，我們都會在使用工具之前進行預分析。預分析部分將幫助我們思考黑箱內(nèi)部的運作。為了弄清楚在預分析中我們需要做什么，讓我們回到黑箱內(nèi)部的框架。預分析的第一個元素是思考正在解決的數(shù)學模型是什么。所以這就是我們在預分析中首先要做的。我們會思考數(shù)學模型，思考它基于的物理原理，以及數(shù)學模型中嵌入的假設。

?6. 預分析的步驟

在預分析的第二步，我們將把注意力轉(zhuǎn)移到數(shù)值解決過程。特別是，我們會思考正在使用的數(shù)值解決策略是什么，引入的錯誤是什么，以及如何最小化這些錯誤。在預分析的第三步，我們將查看預期結果或趨勢的手動計算。通過這三個預分析步驟的思考，我們正在直接參與工程分析和工程仿真的基本原理。我們正在與教科書內(nèi)容建立聯(lián)系。這是一個非常重要的步驟，它也構成了我們接下來將看到的分析和驗證的基礎。

?7. 分析和驗證

就像我們在使用工具之前會進行預分析一樣，我們在退出工具之前也會進行分析和驗證。分析和驗證是一種系統(tǒng)性的檢查結果的過程。它已經(jīng)變得非常重要，因為公司正在試圖通過計算機仿真做更多的事情，他們希望最小化，如果不是消除物理測試。現(xiàn)在有整個會議專門討論這個話題。

?8. 分析和驗證的過程

在驗證中，我看的是“我是否正確地解決了模型”。也就是說，無論我選擇的數(shù)學模型是什么，我是否正確地解決了它。所以它在查看這些仿真步驟中引入的錯誤。我們可以做三類檢查。第一類是檢查結果是否與數(shù)學模型一致。例如，顏色圖片中的結果是否與數(shù)學模型一致。邊界處的行為，是否與數(shù)學模型中的邊界條件一致。數(shù)學模型中的物理原理，比如在結構案例中的平衡。所以你在檢查你的結果，如果結構在合理的水平上處于平衡。在流體力學問題中，物理原理可能是動量守恒。所以你在檢查結果中的動量是否得到了保守，等等。

?9. 結論

通過預分析，分析和驗證，我們可以更深入地理解仿真工具的工作原理，從而更準確地使用這些工具。這不僅可以提高我們的工作效率，也可以提高我們的工作質(zhì)量。在每個案例研究的最后，我們都會進行分析和驗證，并進行一系列的檢查。這樣，我們就可以確保我們的結果是準確和可靠的，而不僅僅是接受仿真工具給出的結果。

通過這種方式，我們可以學習如何超越單純的按鈕操作，開始像專家一樣思考。這將使我們能夠更有效地使用仿真工具，從而提高我們的工作效率和質(zhì)量。