常用的有限元分析软件集锦

随着科技的不断进步,有限元分析技术也高速发展。市面上的有限元分析软件百花齐放,你都知道怎么用吗?接下来,简要介绍下市面上常用的几款软件。

1. ANSYS

说起有限元分析领域不得不首先提到 ANSYS。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。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 ANSYS19.0 软件和 ANSYS Discovery 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。极大的增加了自己的功能,完善优化了好多仿真流程。

2. ABAQUS

如果要给 ABAQUS 贴一个标签,那么毫无疑问是“非线性”。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,特别是能够计算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。

3. LS-DYNA

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。

4. DYTRAN

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。

  • 发表于 · 2020.09.11 08:13 · 阅读 · 285

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