幾款常用CAE軟件的比較分析

 

要完成一項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。我們不能簡單地評價哪種軟件最強大，因為每一種都有其優(yōu)勢和照顧不到的地方，就看你怎么使用它了。換句話說，在具體的工程實踐中，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CAE軟件的特點供大家參考，希望下次拿到工程，看官們面對眾多軟件們可以手到擒來哦：

 

 ABAQUS  關(guān)鍵詞：非線性 全面 

  如果要給ABAQUS貼一個標簽，那么毫無疑問是“非線性”這個詞。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性分析領(lǐng)域。ABAQUS長于非線性有限元分析,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)雜問題和模擬高度非線性問題，不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析，同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究，其系統(tǒng)級分析的特點相對于其他分析軟件來說是獨一無二的。ABAQUS為業(yè)界贊譽的“分析功能全面”這一特點也是在非線性部分才表現(xiàn)得特別突出。比如說，用ANSYS進行結(jié)構(gòu)非線性計算的時候，總要進行很多參數(shù)的設(shè)置，也比較容易不收斂，而ABAQUS卻無需這方面的擔(dān)憂；ABAQUS解決巖土、混凝土等的非線性問題比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。另外它的先進的軟件設(shè)計思想、嚴密直觀的系統(tǒng)，以及多載荷步的計算和規(guī)劃也是值得大家點贊的。

需要指出的是，ABAQUS對爆炸與沖擊過程的模擬相對不如DYTRAN和LS-DYNA3D。

它最大的缺點是上手慢，也沒有看到什么read friendly的教程。

 

ANSYS   關(guān)鍵詞：多場耦合 多模塊

ANSYS軟件是一款大型通用有限元分析軟件，之所以這么說是因為它的模塊很多（但是它們核心的計算部分變化不大），這些模塊是在收購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、磁場、聲場分析于一體的，擅長于多物理場和非線性問題的有限元分析,對于流體分析，電磁分析，瞬態(tài)動力學(xué)分析已經(jīng)很強大,在鐵道，建筑和壓力容器方面應(yīng)用較多。它的明顯優(yōu)勢在多場耦合，尤其是物理場耦合。至于熱分析則很一般，對于巖土結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)計算也不是很強悍。另外值得一提的是ANSYS的apdl語言非常高級，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、多物理場耦合仿真、嵌入式仿真各方面都有發(fā)展，我只能說，為了仿真ANSYS也是蠻拼的。

 

LS-DYNA系列軟件  關(guān)鍵詞：沖擊、碰撞

 LS-DYNA由LSTC公司開發(fā)，是一個通用顯式非線性動力分析有限元程序，也是公認的計算沖擊，碰撞問題的很牛的軟件。LS-DYNA最初是1976年在美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室由J.O.Hallquist主持開發(fā)完成的，主要目的是為核武器的彈頭設(shè)計提供分析工具，后經(jīng)多次擴充和改進，計算功能更為強大。雖然該軟件聲稱可以求解各種三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等接觸非線性、沖擊載荷非線性和材料非線性問題，但實際上它在爆炸沖擊方面，功能相對較弱，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——歐拉結(jié)合方面不如DYTRAN靈活。

由于 LS-DYNA在沖擊、碰撞領(lǐng)域的成績斐然，ANSYS也購買了它的求解器進行沖擊，碰撞問題的計算。不過，在ANSYS WORKBENCH中的AUTODYN軟件計算沖擊，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算流體，以及無網(wǎng)格方法進行爆炸的仿真，做得非常好，并不比LS-DYNA差。

 

DYTRAN  關(guān)鍵詞：高度非線性、流固耦合

    DYTRAN軟件由MSC.software公司開發(fā)，在同類軟件中，DYTRAN在高度非線性、流固耦合方面有獨特之處。MSC.DYTRAN程序是在LS-DYNA3D的框架下，在程序中增加荷蘭PISCES;INTERNATIONAL公司開發(fā)的PICSES的高級流體動力學(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，開發(fā)了物質(zhì)流動算法和流固耦合算法發(fā)展而來的。但是，由于MSC.DYTRAN是一個混合物，在繼承了LS-DYNA3D與PISCES優(yōu)點的同時，也繼承了其不足。首先，材料模型不豐富，對于巖土類處理尤其差，雖然提供了用戶材料模型接口，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，沒有二維計算功能，軸對稱問題也只能按三維問題處理，使計算量大幅度增加；在處理沖擊問題的接觸算法上遠不如當(dāng)前版的LS-DYNA3D全面。

 

ADINA  關(guān)鍵詞：特殊解法

ADINA是近年來發(fā)展最快的有限元軟件，它獨創(chuàng)有許多特殊解法, 如勁度穩(wěn)定法(Stiffness Stabilization),自動步進法(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)雜的非線性問題(如接觸,塑性及破壞等), 具有快速且?guī)缀踅^對收斂的特性, 且程式具有穩(wěn)定的自動參數(shù)計算,用戶無需頭痛于調(diào)整各項參數(shù)。另外值得一提的就是它有源代碼，我們可以對程序進行改造，滿足特殊的需求。

 

NASTRAN  關(guān)鍵詞：原代碼程序 航空航天

     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)標準的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長于線性有限元分析和動力計算，因為和NASA(美國國家宇航局)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，用起來感覺不出與ANSYS有多大的差別。在中國也占領(lǐng)了相當(dāng)大的用戶市場。

 

ALGOR  關(guān)鍵詞：友好

ALGOR屬于中高檔CAE分析軟件，在汽車，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械系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。它最大的特點是易學(xué)易用，界面友好，操作簡單，這可以極大提高軟件應(yīng)用者在工程實際中的效率。

 

COSMOS  關(guān)鍵詞：速度

COSMOS相對影響比較小,但Cosmos可以說是多物理場分析專家，其最大特點是運算速度飛快快，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磁盤空間上的要求大幅降低，占用計算機系統(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。有些人甚至感覺太方便了，都有點不習(xí)慣了哈哈。

 

HYPERMESH  關(guān)鍵詞：前處理專家 網(wǎng)格

   HYPERMESH被業(yè)界人士稱為前處理專家。在網(wǎng)格劃分方面，恐怕沒有哪個軟件可與之匹敵。其對網(wǎng)格的精密而底層的控制，令人嘆為觀止。所以，設(shè)若要做幾何清理，劃分網(wǎng)格，HYPERMESH的確是首選。

汽車領(lǐng)域90%以上的LICENSE是hypermesh+nastran。HYPERMESH是萬金油，在汽車領(lǐng)域的另外常用搭配是 HYPERMESH+ABAQUS也占相當(dāng)比重。 

 

MARC  關(guān)鍵詞：任性

MARC 是做非線性很牛的軟件，具有極強的結(jié)構(gòu)分析能力。可以處理各種線性和非線性結(jié)構(gòu)分析包括：線性/非線性靜力分析、模態(tài)分析、簡諧響應(yīng)分析、頻譜分析、隨機振動分析、動力響應(yīng)分析、自動的靜/動力接觸、屈曲/失穩(wěn)、失效和破壞分析等。但是其操作界面用起來很費勁，有自虐傾向的人可能會被虐得很爽。比較一下文件輸入和讀取這兩項：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，類似的問題要比ABAQUS快幾倍。Patran的通用性遠比MARC強。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這個任性的小子，還是很可以顯擺下你的動手能力的。

 

總結(jié)：

總之，具小編觀察，每種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，多物理場分析超級強大，而非線性分析弱一些；ABAQUS非線性分析最厲害；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有事半功倍的效果。