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几款常用有限元软件的比较

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发表于 2017-9-18 20:21:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。以下为对这些常用的软件进行的比较和评价:

  • LSTC公司的LS-DYNA系列软件。
聽聽聽聽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
聽聽聽聽在同类软件中,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-DYNA3D与PISCES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
聽聽聽聽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。需要指出的是,ABAQUS对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRAN和LS-DYNA3D。

  • ADINA
聽聽聽聽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(AutomaticTime Stepping),外力-变位同步控制法(Load-DisplacementControl)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
聽聽聽聽聽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。

  • ANSYS
聽聽聽聽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。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。

  • Algor
聽聽聽聽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
聽聽聽聽Cosmos相对影响比较小,但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。
下面是一些CAE软件用户的体会。

  • 如果要学CAE软件,俺认为应首选msc/patran nastran。
  • ansys据俺的体会,唯一的强项就是多场耦合。不过,ansys的apdl语言比较高级,是其最大优势。
  • abaqus的强项是其分析功能很全面,特别是非线性部分,基本上都包含了。abaqus最大的缺点是上手慢,其教程太差,除了几本手册,基本上等于没有教程。如果愣要用非线性分析,而nastran/ansys都没用,也只能用abaqus了。abaqus解决岩土、混凝土等的非线性问题比marc要好,光本构就一大堆,而且例子也多,而ansys岩土能力为零。
  • 汽车领域90%以上的LICENSE是hypermesh nastran。HYPERMESH是万金油,在汽车领域的另外常用搭配是 聽 聽 HYPERMESH ABAQUS也占相当比重。
  • 鄙人是先用MARC/Mentat,后用ABAQUS/Patran。在做学术问题的时候,更倾向于使用ABAQUS求解。对于习惯于使用数据输入文件的人来说,在模型比较简单情况下,ABAQUS有一定的优势。因为MARC的输入文件要比ABAQUS难读懂,工况的变化也不如ABAQUS灵活。但是,MARC 的求解器速度非常地快,类似的问题要比ABAQUS快几倍。Mentat的网格划分功能也十分地强。其功能绝对不比Partran差。
  • Patran的通用性远比MARC强。它可以产生Nastran,ABAQUS,MARC等所需的文件,也可以读取它们的结果文件。有的时候我就是先采用 Mentat生成网格(尤其是不规则边界的模型),然后再用Patran将网格数据转化成ABAQUS的输入文件。在大多数情况下,其速度要比单独用 Patran快而且网格的质量也较好。
下面是笔者的体会。
聽聽聽聽对于上述软件,笔者大部分都用过,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。
聽聽聽聽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。
聽聽聽ABAQUS,非线性计算的行家。笔者使用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。而笔者在用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。
聽聽聽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,笔者用它做分析,没有很特别的感觉。
聽聽聽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。不过笔者也只是在七,八年以前用过,并没有用得很深入。
聽聽聽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。
聽聽聽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,以至于笔者都很难去感受它的优点。
聽聽聽ANSYS,是笔者用得最多的软件。当初笔者之所以用ANSYS,是因为做博士论文要用多物理场耦合,而ANSYS做多物理场耦合的确非常好。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。至于热分析则很一般,对于岩土结构的静力学计算也不过尔尔。
聽聽聽我想,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。
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发表于 2017-9-22 23:34:12 | 显示全部楼层
谢谢楼主的分享,楼主辛苦啦
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发表于 2017-10-5 20:48:36 | 显示全部楼层
感谢我的机械网给我们提供的平台,谢谢楼主的资料,大家一起学习。
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发表于 2017-11-12 10:43:01 | 显示全部楼层
chen1885886谢谢iamyifan提供的资料。
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发表于 2017-12-12 21:18:58 | 显示全部楼层
今天是2017-12-12,过来看看iamyifan的帖子,涨涨见识!
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发表于 2017-12-14 09:08:52 | 显示全部楼层
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发表于 2018-1-14 14:01:57 | 显示全部楼层
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