幾款常用CAE軟件的比較分析
2016-11-13 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
要完成一項(xiàng)CAE工程,合適的軟件是必須配備的,目前比較常用的CAE分析軟件有ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA 、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。我們不能簡(jiǎn)單地評(píng)價(jià)哪種軟件最強(qiáng)大,因?yàn)槊恳环N都有其優(yōu)勢(shì)和照顧不到的地方,就看你怎么使用它了。換句話(huà)說(shuō),在具體的工程實(shí)踐中,能正確地選擇某種或某幾種軟件也體現(xiàn)了工程師們的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。下面小編遍采公司各技術(shù)大蝦,潛伏各論壇多日,總結(jié)出幾種常見(jiàn)CAE軟件的特點(diǎn)供大家參考,希望下次拿到工程,看官們面對(duì)眾多軟件們可以手到擒來(lái)一抓一個(gè)準(zhǔn)哦:如果要給ABAQUS貼一個(gè)標(biāo)簽,那么毫無(wú)疑問(wèn)是“非線(xiàn)性”這個(gè)詞。雖然ABAQUS是以“高端通用有限元系統(tǒng)軟件”的姿態(tài)出現(xiàn)的,但是它的王者之氣明顯存在于非線(xiàn)性分析領(lǐng)域。ABAQUS長(zhǎng)于非線(xiàn)性有限元分析,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大的復(fù)雜問(wèn)題和模擬高度非線(xiàn)性問(wèn)題,不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析,同時(shí)還可以做系統(tǒng)級(jí)的分析和研究,其系統(tǒng)級(jí)分析的特點(diǎn)相對(duì)于其他分析軟件來(lái)說(shuō)是獨(dú)一無(wú)二的。ABAQUS為業(yè)界贊譽(yù)的“分析功能全面”這一特點(diǎn)也是在非線(xiàn)性部分才表現(xiàn)得特別突出。比如說(shuō),用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性計(jì)算的時(shí)候,總要進(jìn)行很多參數(shù)的設(shè)置,也比較容易不收斂,而ABAQUS卻無(wú)需這方面的擔(dān)憂(yōu);ABAQUS解決巖土、混凝土等的非線(xiàn)性問(wèn)題比MARC要好,光本構(gòu)就一大堆,而且例子也多,而ANSYS巖土能力為零。另外它的先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)密直觀(guān)的系統(tǒng),以及多載荷步的計(jì)算和規(guī)劃也是值得大家點(diǎn)贊的。
需要指出的是,ABAQUS對(duì)爆炸與沖擊過(guò)程的模擬相對(duì)不如DYTRAN和LS-DYNA3D。
它最大的缺點(diǎn)是上手慢,也沒(méi)有看到什么read friendly的教程。關(guān)鍵詞:多場(chǎng)耦合 多模塊ANSYS軟件是一款大型通用有限元分析軟件,之所以這么說(shuō)是因?yàn)樗哪K很多(但是它們核心的計(jì)算部分變化不大),這些模塊是在收購(gòu)很多很牛掰的軟件后整合形成的。目前ANSYS融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的,擅長(zhǎng)于多物理場(chǎng)和非線(xiàn)性問(wèn)題的有限元分析,對(duì)于流體分析,電磁分析,瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析已經(jīng)很強(qiáng)大,在鐵道,建筑和壓力容器方面應(yīng)用較多。它的明顯優(yōu)勢(shì)在多場(chǎng)耦合,尤其是物理場(chǎng)耦合。至于熱分析則很一般,對(duì)于巖土結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)計(jì)算也不是很強(qiáng)悍。另外值得一提的是ANSYS的apdl語(yǔ)言非常高級(jí),這也是非常多工程師喜歡使用這款軟件的原因之一。
目前ANSYS又推出了ANSYS16.0軟件,在結(jié)構(gòu)、流體、電磁、多物理場(chǎng)耦合仿真、嵌入式仿真各方面都有發(fā)展,我只能說(shuō),為了仿真ANSYS也是蠻拼的。LS-DYNA由LSTC公司開(kāi)發(fā),是一個(gè)通用顯式非線(xiàn)性動(dòng)力分析有限元程序,也是公認(rèn)的計(jì)算沖擊,碰撞問(wèn)題的很牛的軟件。LS-DYNA最初是1976年在美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室由J.O.Hallquist主持開(kāi)發(fā)完成的,主要目的是為核武器的彈頭設(shè)計(jì)提供分析工具,后經(jīng)多次擴(kuò)充和改進(jìn),計(jì)算功能更為強(qiáng)大。雖然該軟件聲稱(chēng)可以求解各種三維非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等接觸非線(xiàn)性、沖擊載荷非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性問(wèn)題,但實(shí)際上它在爆炸沖擊方面,功能相對(duì)較弱,其歐拉混合單元中目前最多只能容許三種物質(zhì),邊界處理很粗糙,在拉格朗日——?dú)W拉結(jié)合方面不如DYTRAN靈活。
由于 LS-DYNA在沖擊、碰撞領(lǐng)域的成績(jī)斐然,ANSYS也購(gòu)買(mǎi)了它的求解器進(jìn)行沖擊,碰撞問(wèn)題的計(jì)算。不過(guò),在ANSYS WORKBENCH中的AUTODYN軟件計(jì)算沖擊,碰撞的功能與LS-DNYA相似,也非常好。該軟件不僅具有FEM求解器,也具有有限體積求解器用于計(jì)算流體,以及無(wú)網(wǎng)格方法進(jìn)行爆炸的仿真,做得非常好,并不比LS-DYNA差。關(guān)鍵詞:高度非線(xiàn)性、流固耦合DYTRAN軟件由MSC.software公司開(kāi)發(fā),在同類(lèi)軟件中,DYTRAN在高度非線(xiàn)性、流固耦合方面有獨(dú)特之處。MSC.DYTRAN程序是在LS-DYNA3D的框架下,在程序中增加荷蘭PISCES;INTERNATIONAL公司開(kāi)發(fā)的PICSES的高級(jí)流體動(dòng)力學(xué)和流體結(jié)構(gòu)相互作用功能,還在PISCES的歐拉模式算法基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)了物質(zhì)流動(dòng)算法和流固耦合算法發(fā)展而來(lái)的。但是,由于MSC.DYTRAN是一個(gè)混合物,在繼承了LS-DYNA3D與PISCES優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),也繼承了其不足。首先,材料模型不豐富,對(duì)于巖土類(lèi)處理尤其差,雖然提供了用戶(hù)材料模型接口,但由于程序本身的缺陷,難于將反映材料特性的模型加上去;其次,沒(méi)有二維計(jì)算功能,軸對(duì)稱(chēng)問(wèn)題也只能按三維問(wèn)題處理,使計(jì)算量大幅度增加;在處理沖擊問(wèn)題的接觸算法上遠(yuǎn)不如當(dāng)前版的LS-DYNA3D全面。ADINA是近年來(lái)發(fā)展最快的有限元軟件,它獨(dú)創(chuàng)有許多特殊解法, 如勁度穩(wěn)定法(Stiffness Stabilization),自動(dòng)步進(jìn)法(Automatic Time Stepping),外力-變位同步控制法(Load-Displacement Control)以及BFGS梯度矩陣更新法,使得復(fù)雜的非線(xiàn)性問(wèn)題(如接觸,塑性及破壞等), 具有快速且?guī)缀踅^對(duì)收斂的特性, 且程式具有穩(wěn)定的自動(dòng)參數(shù)計(jì)算,用戶(hù)無(wú)需頭痛于調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)。另外值得一提的就是它有源代碼,我們可以對(duì)程序進(jìn)行改造,滿(mǎn)足特殊的需求。 NASTRAN是大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件,也是全球CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長(zhǎng)于線(xiàn)性有限元分析和動(dòng)力計(jì)算,因?yàn)楹蚇ASA(美國(guó)國(guó)家宇航局)的特殊關(guān)系,它在航空航天領(lǐng)域有著崇高的地位。NASTRAN的求解器效率比ANSYS高一些。
NASTRAN,結(jié)構(gòu)分析做得很好,用起來(lái)感覺(jué)不出與ANSYS有多大的差別。在中國(guó)也占領(lǐng)了相當(dāng)大的用戶(hù)市場(chǎng)。ALGOR屬于中高檔CAE分析軟件,在汽車(chē),電子, 航空航天,醫(yī)學(xué),日用品生產(chǎn),軍事,電力系統(tǒng),石油,大型建筑以及微電子機(jī)械系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。它最大的特點(diǎn)是易學(xué)易用,界面友好,操作簡(jiǎn)單,這可以極大提高軟件應(yīng)用者在工程實(shí)際中的效率。COSMOS相對(duì)影響比較小,但Cosmos可以說(shuō)是多物理場(chǎng)分析專(zhuān)家,其最大特點(diǎn)是運(yùn)算速度飛快快,這是其他軟件所不能比擬的。因Cosmos的研發(fā)者將收斂的迭代法--又稱(chēng)做快速有限元法導(dǎo)入COSMOS的產(chǎn)品之中,使新的有限元分析軟件對(duì)磁盤(pán)空間上的要求大幅降低,占用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的內(nèi)存也大大減少,因此分析速度大幅加快,超越傳統(tǒng)甚多。另外COSMOS設(shè)置耦合條件也很好,操作也很方便。有些人甚至感覺(jué)太方便了,都有點(diǎn)不習(xí)慣了哈哈。HYPERMESH被業(yè)界人士稱(chēng)為前處理專(zhuān)家。在網(wǎng)格劃分方面,恐怕沒(méi)有哪個(gè)軟件可與之匹敵。其對(duì)網(wǎng)格的精密而底層的控制,令人嘆為觀(guān)止。所以,設(shè)若要做幾何清理,劃分網(wǎng)格,HYPERMESH的確是首選。
汽車(chē)領(lǐng)域90%以上的LICENSE是hypermesh+nastran。HYPERMESH是萬(wàn)金油,在汽車(chē)領(lǐng)域的另外常用搭配是 HYPERMESH+ABAQUS也占相當(dāng)比重。MARC 是做非線(xiàn)性很牛的軟件,具有極強(qiáng)的結(jié)構(gòu)分析能力?？梢蕴幚砀鞣N線(xiàn)性和非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)分析包括:線(xiàn)性/非線(xiàn)性靜力分析、模態(tài)分析、簡(jiǎn)諧響應(yīng)分析、頻譜分析、隨機(jī)振動(dòng)分析、動(dòng)力響應(yīng)分析、自動(dòng)的靜/動(dòng)力接觸、屈曲/失穩(wěn)、失效和破壞分析等。但是其操作界面用起來(lái)很費(fèi)勁,有自虐傾向的人可能會(huì)被虐得很爽。比較一下文件輸入和讀取這兩項(xiàng):MARC的輸入文件要比ABAQUS難讀懂,工況的變化也不如ABAQUS靈活。但是,MARC 的求解器速度非常地快,類(lèi)似的問(wèn)題要比ABAQUS快幾倍。Patran的通用性遠(yuǎn)比MARC強(qiáng)。它可以產(chǎn)生Nastran,ABAQUS,MARC等所需的文件,也可以讀取它們的結(jié)果文件。
所以,如果駕馭好了MARC這個(gè)任性的小子,還是很可以顯擺下你的動(dòng)手能力的。總之,據(jù)小編觀(guān)察,每款軟件都有自己的粉絲,像 NASTRAN,ABAQUS,ANSYS這種界面友好、操作方便、試用范圍較廣的軟件還是比較受初學(xué)者歡迎的。ANSYS做得很全面,流體分析,電磁分析,多物理場(chǎng)分析超級(jí)強(qiáng)大,而非線(xiàn)性分析弱一些;ABAQUS非線(xiàn)性分析最厲害;而NASTRAN則非常正規(guī)。不管從哪種軟件入手,學(xué)好了以后再涉足其它軟件也會(huì)有事半功倍的效果。
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