观点

几款常用CAE软件的比较分析

要完成一项CAE工程,合适的软件是必须配备的,目前比较常用的CAE分析软件有ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA 、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。我们不能简单地评价哪种软件最强大,因为每一种都有其优势和照顾不到的地方,就看你怎么使用它了。换句话说,在具体的工程实践中,能正确地选择某种或某几种软件也体现了工程师们的专业素养。

下面小编遍采公司(深圳有限元分析工程技术有限公司http://fealtd.com.cn/)各技术大虾,潜伏各论坛多日,总结出几种常见CAE软件的特点供大家参考,希望下次拿到工程,看官们面对众多软件们可以手到擒来一抓一个准哦:

ABAQUS

关键词:非线性 全面

如果要给ABAQUS贴一个标签,那么毫无疑问是“非线性”这个词。虽然ABAQUS是以“高端通用有限元系统软件”的姿态出现的,但是它的王者之气明显存在于非线性分析领域。ABAQUS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,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。

ABAQUS为业界赞誉的“分析功能全面”这一特点也是在非线性部分才表现得特别突出。比如说,用ANSYS进行结构非线性计算的时候,总要进行很多参数的设置,也比较容易不收敛,而ABAQUS却无需这方面的担忧;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。另外它的先进的软件设计思想、严密直观的系统,以及多载荷步的计算和规划也是值得大家点赞的。

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。它最大的缺点是上手慢,也没有看到什么read friendly的教程。

ANSYS

关键词:多场耦合 多模块

ANSYS软件是一款大型通用有限元分析软件,之所以这么说是因为它的模块很多(但是它们核心的计算部分变化不大),这些模块是在收购很多很牛掰的软件后整合形成的。目前ANSYS融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的,擅长于多物理场和非线性问题的有限元分析,对于流体分析,电磁分析,瞬态动力学分析已经很强大,在铁道,建筑和压力容器方面应用较多。

它的明显优势在多场耦合,尤其是物理场耦合。至于热分析则很一般,对于岩土结构的静力学计算也不是很强悍。另外值得一提的是ANSYS的apdl语言非常高级,这也是非常多工程师喜欢使用这款软件的原因之一。

目前ANSYS又推出了ANSYS16.0软件,在结构、流体、电磁、多物理场耦合仿真、嵌入式仿真各方面都有发展,我只能说,为了仿真ANSYS也是蛮拼的。

LS-DYNA

关键词:冲击、碰撞

LS-DYNA由LSTC公司开发,是一个通用显式非线性动力分析有限元程序,也是公认的计算冲击,碰撞问题的很牛的软件。LS-DYNA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。

由于 LS-DYNA在冲击、碰撞领域的成绩斐然,ANSYS也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。

DYTRAN

关键词:高度非线性、流固耦合

DYTRAN软件由MSC.software公司开发,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。

ADINA

关键词:特殊解法

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

关键词:原代码程序 航空航天

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。

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。

ALGOR

关键词:友好

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

关键词:速度

COSMOS相对影响比较小,但Cosmos可以说是多物理场分析专家,其最大特点是运算速度飞快快,这是其他软件所不能比拟的。因Cosmos的研发者将收敛的迭代法--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。另外COSMOS设置耦合条件也很好,操作也很方便。有些人甚至感觉太方便了,都有点不习惯了哈哈。

HYPERMESH

关键词:前处理 网格

HYPERMESH被业界人士称为前处理专家。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。

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 HYPERMESH+ABAQUS也占相当比重。

MARC

关键词:任性

MARC 是做非线性很牛的软件,具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性和非线性结构分析包括:线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析等。

但是其操作界面用起来很费劲,有自虐倾向的人可能会被虐得很爽。比较一下文件输入和读取这两项: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。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。

所以,如果驾驭好了MARC这个任性的小子,还是很可以显摆下你的动手能力的。

总结

总之,据小编观察,每款软件都有自己的粉丝,像 NASTRAN,ABAQUS,ANSYS这种界面友好、操作方便、试用范围较广的软件还是比较受初学者欢迎的。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则非常正规。不管从哪种软件入手,学好了以后再涉足其它软件也会有事半功倍的效果。

来源:豆瓣网,作者:深圳有限元分析工程技术有限公司;知天下咨询两化融合专题组 编


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