ANSYS经典(Mechanical APDL)与ANSYS Workbench的异同

前言

从ANSYS 7.0开始，ANSYS公司就推出了ANSYS经典和ANSYS Workbench两大版本，后来陆陆续续通过版本迭代加入了很多新的功能。笔者学习ANSYS Mechanical APDL已经有相当长的一段时间了，初次接触ANSYS，对与这两大分析软件，选择ANSYS经典入手的一个很重要的原因是：它可以使用APDL命令流进行建模和求解。对于一个科研工作者来说，模型的频繁调试和参数的修改是不可避免地，APDL便能很好地解决这一痛点。甚至当你熟悉掌握了APDL命令流语言，不用打开ANSYS界面，也同样可以完成求解之前的所有操作。我相信这也是绝大部分ANSYS经典使用者选择它的原因。

为了对ANSYS有限元分析软件更全面了解，以及跟上ANSYS未来的分析趋势。笔者最近也是在学习和掌握Workbench的操作和使用方法，在有了ANSYS Mechanical APDL的基础后掌握起来不是很困难，学习过程中也能深切体会到两者之间不一样的地方，与诸位分享。

分析流程

ANSYS Mechanical APDL

习惯了使用APDL进行分析，每次在编写命令流时都有个固定的框架，先定义一些基本模型参数，再定义单元类型、实常数、材料参数，然后可以先建立几何模型，再网格划分，最后施加荷载和约束进行求解…基本上就是这样的一个流程。这样处理的一个好处就在于，当我们拿到一个问题，会很自然而然地把问题进行分解，每一步要做什么，在脑子里都能有一个比较清晰的认识。这有助于培养我们对有限元方法的理解，形成系统的处理问题和解决问题的方法。

ANSYS Workbench

目前国内主流的ANSYS培训大部分都把Workbench作为主要的切入点，很少有会指导APDL的，这可能也是未来的趋势吧，毕竟要求低、上手快，软件开发厂商的目的也是为了简化我们的分析操作流程，推广软件的普及率。

一个标准的Workbench静力分析系统包括六个部分，定义材料属性-创建几何模型-网格划分-施加载荷和约束-求解模型-查看结果。相较于Mechanical APDL，可以很直观地看出来Workbench并没有定义单元类型这一步骤。那么对于初学者来说，不用去了解ANSYS中的单元类型、单元特性等等，我只需要将工程问题的模型建立出来，对它进行网格划分，程序便会自动赋予一个单元类型，随后施加荷载求解，便能得到一个计算结果，确实大大降低了操作门槛。但是问题在于，对一个没有接触过有限元软件的人来说，实际工程中的模型，我们在建模的时候到底应该建成线、面、还是体？没有对于这些单元的认识，我想只会将问题复杂化，花费很多算力缺得不到想要的结果。

运行速度

至今为止ANSYS Mechanical APDL让我用起来觉得很舒服的地方，除了命令流的系统编写方法外，便是它高效的操作逻辑和运行速度。有限元软件的操作/运行速度一方面取决于模型的大小（单元、节点个数），另一方取决于图形界面显示的内容。

对于ANSYS经典来说，图形界面在建模过程中只是一个辅助性的功能，在便于我们去核查当下这一步操作是否正确，是否达到了设想的效果。而对于Workbench来说图形界面就是我们与软件交互的一部分，很多操作都需要在图形界面通过点击来完成。那么大量的图形界面刷新势必会拖缓软件的运行速度，这也是我在学习Workbench过程中最难以适应的一点。往往点击一步操作需要等待软件几秒~几十秒的一个运行过程，并且Workbench内部集成了很多分析系统，打开这些系统也需要一定的等待时间。相反ANSYS Mechanical APDL这边，整体的操作就让我觉得行云流水，每一步操作都会在图形界面实时刷新或者通过ANSYS Output Window(输出窗口)也可以很方便地查看运行过程和错误提示。

当然也不是说ANSYS Mechanical APDL就没有缺点，它的缺点也很多。比如，没有撤销操作，图形界面不够美观，一些时候会无缘无故卡死…但这并不它是一款优秀的有限元科研分析软件，笔者身边也有很多研究人员也是一直在使用Mechanical APDL结合命令流操作的。

后处理/结果查看

ANSYS Mechanical APDL的后处理部分，一直是学习中比较难掌握的。原因有三：一是没有系统的教程；二是后处理部分的菜单远没有其他部分那么简洁明了；三是不同的单元的结果查看方式略有不同，需要查阅ANSYS Help文件中的单元介绍。为次我也单独写了一篇文章，介绍我所整理的ANSYS后处理命令流操作，感兴趣的可以移步此处常用ANSYS后处理命令流（附详细解释）,持续更新中… | YJ Blog (yaolemo.github.io)。

对比之下，Workbench在这一块的优势便得以凸显。得益于简洁明了的GUI操作截面，所需要的绝大部分计算结果都能在这里找到，并且针对不同的分析或结构类型可以选择对应的Toolbox，进行简单便捷的操作。同时软件也支持仅显示模型部分区域的计算结果，撇去无关部分的干扰，使显示的计算结果更具有针对性。

单位制

熟悉ANSYS Mechanical APDL的小伙伴都知道，软件并没有规定明确的单位制，也就是说软件并不会进行计算单位的换算，这就要求我们在建模或命令流编写时使用统一的单位制。同一物理量的单位一定要相同，在确定完基本物理量(长度、质量、时间等)的单位后，也决定了导出物理量的单位(面积、力、应力等)，常用单位制参见下表。Workbench中使用单位便没有这么多顾虑了，软件会自动进行单位的转换，在分析系统的不同模块中可以使用不同的单位制，这一点是相当方便的。

总结

综上所述，ANSYS Mechanical APDL和Workbench在建模、计算分析和结果查看等方面各有优缺。 Mechanical APDL更接近于ANSYS的底层架构，有助于我们对有限元分析方法更深的理解，Workbench则面向实际工程应用提供简单便捷的仿真分析流程。两者针对不同的目标群体，满足不同用户的需求。