几款常用有限元软件的比较_文恒教育

2017-10-29 14:17:29 whchedu 0

经常有学员问到常用几款有限元软件的优劣问题,文恒教育有多年有限元分析的刘老师把用过的一些常用有限元软件给大家分析一下。   


   目前流行的CAE分析软件主要有ANSYSABAQUSNASTRANADINA MARCMAGSOFTCOSMOS等。以下为对这些常用的软件进行的比较和评价:

ANSYS

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件,发展了很多版本,但是它们核心的计算部分变化不大,只是模块越来越多,这些模块并不是ANSYS公司自己搞的,而是把别人的东西买来集成到自己的环境里。文恒教育刘老师介绍ANSYS系统擅长于多物理场和非线性问题的有限元分析,在铁道、建筑和压力容器方面应用较多。

ABAQUS

      ABAQUS是一套先进的通用有限元系统,属于高端CAE软件。它长于非线性有限元分析,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统,特别是能够驾驭非常庞大的复杂问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析,同时还可以做系统级的分析和研究,其系统级分析的特点相对于其他分析软件来说是独一无二的。文恒教育刘老师指出的是,ABAQUS对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRANLS-DYNA3D

LSTC公司的LS-DYNA系列软件

    LSDYNA长于冲击、接触等非线性动力分析。LS-DYNA是一个通用显式非线性动力分析有限元程序,最初是1976年在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室由J.O.Hallquist主持开发完成的,主要目的是为核武器的弹头设计提供分析工具,后经多次扩充和改进,计算功能更为强大。虽然该软件声称可以求解各种三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等接触非线性、冲击载荷非线性和材料非线性问题,但实际上它在爆炸冲击方面,功能相对较弱,其欧拉混合单元中目前最多只能容许三种物质,边界处理很粗糙,在拉格朗日——欧拉结合方面不如DYTRAN灵活。

MSC.software公司的DYTRAN软件

    在同类软件中,DYTRAN在高度非线性、流固耦合方面有独特之处。MSC.DYTRAN程序是在LS-DYNA3D的框架下,在程序中增加荷兰PISCES;INTERNATIONAL公司开发的PICSES的高级流体动力学和流体结构相互作用功能,还在PISCES的欧拉模式算法基础上,开发了物质流动算法和流固耦合算法发展而来的。但是,由于MSC.DYTRAN是一个混合物,在继承了LS-DYNA3DPISCES优点的同时,也继承了其不足。首先,材料模型不丰富,对于岩土类处理尤其差,虽然提供了用户材料模型接口,但由于程序本身的缺陷,难于将反映材料特性的模型加上去;其次,没有二维计算功能,轴对称问题也只能按三维问题处理,使计算量大幅度增加;在处理冲击问题的接触算法上远不如当前版的LS-DYNA3D全面。

HKS公司的ABAQUS软件

ADINA

    ADINA是近年来发展最快的有限元软件,它独创有许多特殊解法, 如劲度稳定法(Stiffness Stabilization),自动步进法(Automatic Time Stepping),外力-变位同步控制法(Load-Displacement Control)以及BFGS梯度矩阵更新法,使得复杂的非线性问题(如接触,塑性及破坏等), 具有快速且几乎绝对收敛的特性, 且程式具有稳定的自动参数计算,用户无需头痛于调整各项参数。另外值得一提的就是它有源代码,我们可以对程序进行改造,满足特殊的需求。

NASTRAN

     NASTRAN是大型通用结构有限元分析软件,也是全球CAE工业标准的原代码程序。NASTRAN系统长于线性有限元分析和动力计算,因为和NASA(美国国家宇航局)的特殊关系,它在航空航天领域有着崇高的地位。NASTRAN的求解器效率比ANSYS高一些。

Algor

    ALGOR属于中高档CAE分析软件,在汽车,电子, 航空航天,医学,日用品生产,军事,电力系统,石油,大型建筑以及微电子机械系统等诸多领域中均有广泛应用。它最大的特点是易学易用,界面友好,操作简单,这可以极大提高软件应用者在工程实际中的效率。

COSMOS

    Cosmos相对影响比较小,Cosmos的最大特点是运算速度快,这是其他软件所不能比拟的。Cosmos的研发者将保证收敛的迭代法--又称做快速有限元法导入COSMOS的产品之中,使新的有限元分析软件对磁盘空间上的要求大幅降低,占用计算机系统的内存也大大减少,因此分析速度大幅加快,超越传统甚多。


    对于上述软件,文恒教育刘老师大部分都用过,不过用得最多的还是ANSYS,所以还是把这些软件与ANSYS比较来谈。

    LS-DYNA,是公认的计算冲击,碰撞问题的很牛的软件。ANSYS也的确购买了它的求解器进行冲击,碰撞问题的计算。不过,在ANSYS WORKBENCH中的AUTODYN软件计算冲击,碰撞的功能与LS-DNYA相似,也非常好。该软件不仅具有FEM求解器,也具有有限体积求解器用于计算流体,以及无网格方法进行爆炸的仿真,做得非常好,并不比LS-DYNA差。

   ABAQUS,非线性计算的行家。文恒教育刘老师使用ABAQUS,印象最深的是它对于多载荷步的计算和规划,以及它的软件设计思想,非常严密而且直观。而文恒教育刘老师在用ANSYS进行结构非线性计算的时候,则总要进行很多参数的设置,也比较容易不收敛。我想,如果做非线性结构分析,ABAQUS的确无可替代。

   NASTRAN,结构分析做得很好,用起来感觉不出与ANSYS有多大的差别。在中国也占领了相当大的用户市场,文恒教育刘老师用它做分析,没有很特别的感觉。

   COSMOS,多物理场分析专家。计算速度飞快,设置耦合条件也很好,操作也很方便。有时候感觉是太方便了,都有点不习惯。

   HYPERMESH,前处理专家。在网格划分方面,恐怕没有哪个软件可与之匹敌。其对网格的精密而底层的控制,令人叹为观止。所以,设若要做几何清理,划分网格,HYPERMESH的确是首选。

   MARC,据说是做非线性很牛的软件。只是操作界面实在不敢恭维,用起来很费劲,以至于文恒教育刘老师都很难去感受它的优点。

   ANSYS,是文恒教育刘老师用得最多的软件。在近些年,ANSYS相继收购了一堆很牛的软件,现在对于流体分析,电磁分析,以及瞬态动力学分析已经很强大。

   文恒教育刘老师说很难评价哪个软件好,哪个软件不好。就一般使用而言,NASTRAN,ABAQUS,ANSYS感觉都差不多,界面都很友好,操作都很方便。如果说最明显的感觉,就是ANSYS做得很全面,流体分析,电磁分析,多物理场分析超级强大,而非线性分析弱一些;ABAQUS非线性分析最厉害;而NASTRAN则很正规,用户多,但是没有很特别的感觉。萝卜白菜,各有所爱,只是目前ANSYS功能越来越完善越来越强大,相对来说还是学习ANSYS或者ABAQUS好一些。