几款常用有限元软件的比较

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:

1. 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。

2. 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-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。

3. HKS公司的ABAQUS软件

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。

4. 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。

5. 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。

6. 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。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。

7. 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。

8. COSMOS

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。

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