Jak uczyć się MES?

Z racji tego że piszę bloga, dostaję wiele pytań od różnych ludzi. To zdecydowanie jedno z najbardziej popularnych z nich. Samo pytanie może brzmieć różnie, jak: „od czego zacząć?” lub „co warto wiedzieć?”. Ostatecznie jednak, wszystkie te pytania można zebrać w jeden spójny problem. Jak powinieneś uczyć się MESa!

Na początku czuję się zobowiązany zwrócić uwagę, że mam dość specyficzne podejście do tematu. Podejście, które na pewno nie jest „mainstreamowe”.

Dlatego zacznę od nieco innego pytania:

Dlaczego chcesz się uczyć MESa?

Szczerze mówiąc istnieje wiele milionów rozsądnych odpowiedzi, ale podzielę je na dwie grupy.

Powód A: Chcę napisać mój własny solver do MESa!

Przede wszystkim – gratulacje! To bardzo ładny cel. O ile wiem może to stanowić wyzwanie, ale wszystkie rzeczy, które dają satysfakcję, tak mają. Niestety, w tym zupełnie nie pomogę – a przynajmniej nie teraz. Prawdę powiedziawszy nie byłbym w stanie napisać swojego własnego solvera bez posiadania dużej ilości czasu i dostępu do Internetu… Nigdy nawet nie próbowałem zrobić czegoś takiego!

Szczerze mówiąc, jeśli to jest Twoim celem, to możesz pominąć resztę artykułu… myślę, że Ci nie pomoże. Sugerowałbym także książkę Crisfielda (między innymi) „Non-linear finite element analysis of solids and structures” (Druga edycja z Wiley). Zawiera kilka fragmentów kodu Pythona, więc może być pomocna, nawet jeśli używają tam swojego własnego kodu MES o nazwie PyFEM : )

Powód B: Chcę projektować rzeczy!

No to teraz mamy o czym rozmawiać! Jest to coś, co robię na co dzień i co kocham! Naprawdę nie wiem, jak dokładnie działa matematyka w solverze, ale z pewnością rozumiem, za co odpowiadają pewne parametry i jak ustawić analizę. Projektowanie rzeczy w MESie (niezależnie od tego, czy robisz to w pracy, czy dla zabawy) to kompletnie inny zestaw umiejętności w porównaniu do tworzenia własnego solvera.

Jeśli kiedykolwiek otworzyłeś „typową” książkę do MESa (taką jak tak, o które wspomniałem wyżej) i od razu zmęczyła Cię ta cała matematyka, jest to miejsce dla Ciebie! Zdecydowanie zniechęcę Cię do nauki równań (potrzebnych w pisaniu solvera). Tak naprawdę wcale nie musisz się uczyć matematyki! Nigdy się tego nie nauczyłem i bez problemu używam MESa w rozwiązywaniu bardzo złożonych problemów.

Tam, gdzie wszystko idzie źle!

Moje podejście może wydać się „niebezpieczne”. Chodzi mi o to, że gdziekolwiek nie pójdziesz ludzie próbują uczyć matematyki opisującej MES. A ja robię coś zupełnie odwrotnego, więc oczywiście możesz mieć wątpliwości. Ale zachęcam do spróbowania – myślę, że szybko nauczysz się cieszyć moim podejściem.

Będąc nauczycielem akademickim z 10-letnim doświadczeniem jestem w pełni świadom, gdzie zaczyna się problem. O wiele łatwiej jest uczyć, jak napisać własny solver, niż jak go używać. Nie potrzebujesz licencji, praktycznego doświadczenia w stosowaniu a wszystko czego uczysz jest w książkach (z ładną, „naukową” i złożoną matematyką w tle!). Więc to, czego uczyłeś się na uczelni (jeśli w ogóle był MES), to „podejście do pisania solvera”. Było to o wiele łatwiejsze dla wykładowców!

Bez obaw, nic nie jest stracone!

Jeśli ktoś kwestionuje mój brak wiedzy matematycznej, zazwyczaj mówię, że jestem kierowcą, a nie mechanikiem. Nie obchodzi mnie jak działa silnik mojego auta, uczę się zasad ruchu drogowego! W takich dyskusjach zazwyczaj uprzejmie pytam o konkretny przykład, w którym znajomość matematyki sprawiła, że czyjś projekt był lepszy/możliwy do wykonania. Jak dotąd otrzymałem tylko jedną odpowiedź i dzięki niej już wiem: jeśli będę potrzebował bardzo zaawansowanej matematyki już na etapie opisania co w ogóle mam policzyć…. zrobi się naprawdę poważne!

Myślę, że najlepszym argumentem na temat tego, jak mocno w to wierzę jest fakt… że robię to już  od 10 lat. Jak wiesz inżynieria budowlana to „ryzykowny biznes”. Jeśli popełnię błąd, mogę zostać pozwany o naprawdę duże pieniądze. Co oznacza, że zakładam się o dobro mojej rodziny stawiając na to że moje podejście jest rzeczywiście rozsądne. Jako że mam 4 dzieci na pokładzie, to naprawdę coś znaczy.

Jak dotąd idzie dobrze – nic się nie stało : )

Nauka MESa dla projektantów!

W porządku, jeśli tu dotarłeś, najprawdopodobniej chcesz nauczyć się projektowania w MESie. To ŚWIETNIE!

Zacznę od stwierdzenia, że jest to wspaniała umiejętność i bez wątpienia miała ogromny wpływ na moją karierę. Mam nadzieję, że dla Ciebie będzie równie dobra, a nawet lepsza!

Wreszcie możemy skupić się na tym, w jaki sposób możesz faktycznie nauczyć się MESa!

Nie ucz się oprogramowania – ucz się MESa!

Dostawcy oprogramowania znajdują się po drugiej stronie spektrum w porównaniu do „wykładowców uczących matematyki”. Są w stanie powiedzieć, co robi każdy przycisk w programie, ale nie jest to tak praktyczne podejście, jakbyś myślał. Wciąż nie mam pojęcia, co robi wiele przycisków w Femapie i istnieje szansa, że nigdy się nie dowiem…

MES to raczej zdolność do wymyślenia, jak coś poprawnie zamodelować. To zdecydowanie ważniejsze niż umiejętność szybkiego stworzenia modelu w programie. Możesz być bardzo skuteczny w używaniu oprogramowania, a wciąż nie mieć pojęcia jak zamodelować i rozwiązać problem!

Skup się na tym, jak działają rzeczy, jak wchodzą w interakcję z podporami etc. Nie jest to proste zadanie, ale to zdecydowanie niezbędna umiejętność!

Pomyśl o tym w ten sposób:

Jeśli wiesz, co chcesz zamodelować, ale nie wiesz, gdzie kliknąć, po prostu zapytasz „jak zastosować XYZ w moim modelu w programie ABC?”

Ale jeśli wiesz, jak użyć programu, ale nie wiesz jak podeprzeć model, zapytasz „jak podeprzeć mój model?”

Jak myślisz – które wyszukiwanie w Google da większą szansę na znalezienie odpowiedzi?

Na początku zdecyduj się na program!

Może wydawać się to sprzeczne z intuicją. Właśnie powiedziałem, że należy uczyć się MESa, a nie oprogramowania. I chociaż jest to całkowitą prawdą, używanie jednego softu ma sens. Przynajmniej nie będziesz musiał wciąż na nowo szukać, jak dodać obciążenia lub podpory i warunki brzegowe.

Korzystanie z jednego pakietu oznacza, że z czasem nauczysz się używania go całkowicie samodzielnie. To miło! Zmieniałem wcześniej oprogramowanie – nie było tragedii. Jednak tracisz wiele czasu na wyszukiwanie „tych samych opcji” w nowym programie. Z każdym nowym programem uczysz się szybciej… ale na początku jest tak dużo do nauki, że rozsądnie jest zostać przy jednym programie!

Po prostu zapytaj w swojej docelowej branży, który soft jest tam najpopularniejszy… i używaj właśnie tego : )

Rozwiąż prawdziwy problem!

Ważna sprawa! Nie ucz się MESa z książek. Po prostu zamodeluj prostą rzecz z życia codziennego, używając przedmiotów, które znajdziesz w każdym domu. Wystarczy proste ugięcie czegoś, co akurat masz pod ręką. Spróbuj to zamodelować (użyj rzeczy z prostą geometrią, wykonanych z popularnego materiału, którego parametry łatwo wygooglasz!) i sprawdź czy wyniki z MESa pokryją się z rzeczywistymi „badaniami” wykonanymi w domu.

Nie ucz się „wszystkiego” – skup się tylko na rzeczach, które będą przydatne w rozwiązaniu pierwszego problemu.

Oznacza to głównie warunki brzegowe i obciążenia. Do pewnego stopnia również nakładanie siatki MES (ale niech nie wciągną Cię funkcje kształtu etc… na początku nie jest to tak istotne). Oczywiście, niektóre umiejętności modelowania 3D będą pomocne (szczególnie w przypadku bardziej złożonej geometrii), ale nie obciążaj się tym zbytnio na początku – używaj prostych geometrii!

Powtórz!

Jeśli wykonałeś projekt w MESie i wyniki zgodziły się z domowymi testami – sukces! Możesz zrobić krótki filmik z testami, animację wyników z MESa, umieścić je obok siebie na swojej internetowej stronie z portfolio… i możesz szukać nowych problemów do rozwiązania!

Zacznij od najbardziej podstawowych problemów, które możesz wymyślić (i zmierzyć) i stopniowo rób coraz trudniejsze rzeczy. W pewnym momencie możesz sprawdzić filmy z rożnych eksperymentów na YouTubie lub poszukać MESowych benchmarków do bardziej złożonych problemów.

Jeśli ja mogłem nauczyć się MESa w ten w sposób (całkowicie przy pomocy prób i błędów), Ty również możesz to zrobić!

Szukaj pomocy!

To jest rada której sam nie miałem jak zastosować… Przyznaję, że blogowanie w 2008 roku nie było tak powszechne, a szukanie pomocy na forach internetowych takie proste. Dzisiaj jest o wiele łatwiej. Jeśli nie umiesz czegoś zrobić – po prostu pytaj. Możesz wysłać mi maila lub możesz znaleźć forum, gdzie o to zapytasz. Istnieje wiele dostępnych kursów online i materiałów szkoleniowych.

Nie jesteś w tym sam! Wiele osób się uczyło i nadal uczy MESa. Poszukaj ich i spędzaj z nimi czas! To samo w sobie jest dobrą radą. Uczenie się samemu jest raczej smutne i wymaga dużej ilości energii umysłowej (zaufaj mi, wiem), a uczenie się z innymi jest o wiele lepsze!

Po prostu bądź świadom, że jeśli ktoś zaczyna używać złożonej matematyki, by coś wyjaśnić… nie jest to dobra oznaka. Ludzie praktyczni używają znacznie prostszego języka! Jeśli uważasz, że musisz się nauczyć rozwiązywać jakieś zagadnienia matematyczne (może poza pierwiastkiem kwadratowym), aby używać nieliniowego MESa… coś po drodze poszło nie tak!

Skup się na oznaczeniach, nie równaniach!

Jeśli uczysz się bardziej zaawansowanych rzeczy (jak podejście nieliniowe), skup się na tym, co robią poszczególne parametry. Nie szukaj równań, tylko sprawdź, co dany parametr zmienia i jakie wartości są poprawne. Rzadko odpowiedź brzmi, że „parametr domyślny jest ok” – zazwyczaj parametry coś robią i dobrze jest rozumieć co dokładnie : )

W najgorszym przypadku… przeprowadź parę testów! Rozwiązałem setki identycznych modeli zmieniając po jednym parametrze… tylko po to, by zweryfikować, co robią!

Spraw, żeby było fajnie!

Nasze życie jest pełne rzeczy, które nas rozpraszają. Postaraj się, aby proces używania MESa był jak najbardziej przyjemny. Nawet pozwól sobie na czekoladę/piwo/cokolwiek, jeśli naprawdę tego potrzebujesz 😛 Nauka MESa zajmie trochę czasu. Oznacza to, że będziesz musiał się go uczyć mniej lub bardziej regularnie tygodniami (jeśli nie miesiącami).  Uczynienie wysiłku przyjemnym znacznie zwiększy szansę na sukces.

Spróbuj wymyślić jakiś naprawdę głupi test, który możesz przeprowadzić w domu. Tylko po to, by móc powiedzieć swoim przyjaciołom, że używasz komputerowych obliczeń numerycznych (brzmi naukowo, co nie?), by zbadać moment zginający, przy którym ołówek się złamie lub coś takiego. Po prostu baw się przy tym dobrze!

Parę ostatnich zdań

Wydaje mi się, że warto uczyć się od innych. Jeśli chciałbyś zacząć przygodę z MES, lub jesteś już zaawansowany i chciałbyś się dowiedzieć więcej dobrze trafiłeś. Poniżej możesz się zapisać na darmowy kurs o stateczności i MES który dla Ciebie przygotowałem.