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发表于 2014-4-6 14:28
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来自： 中国江苏南通
几款有限元分析软件的比较
一、概述
随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备等。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：
增加设计功能，减少设计成本；
缩短设计和分析的循环周期；
增加产品和工程的可靠性；
采用优化设计，降低材料的消耗或成本；
在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；
模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；
进行机械事故分析，查找事故原因。
通用有限元分析软件，主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的MSC、ABAQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和
STARDYNE等公司的产品。
二、船舶与海洋工程通用有限元软件的介绍
由于个人对各软件的熟知程度有限，据我了解目前国内、国际在船舶与海洋工程行业，比较通用的有限元分析软件为MSC.software公司的有限元分析软件，ANSYS有限元分析软件和ABAQUS有限元分析软件。
以下仅对此三款软件做一个简单的介绍：
1、MSC.software公司的PATRAN、NASTRAN、DYTRAN、FATIGUE软件
Partran 、Nastran是MSC公司的产品。Patran是前处理器，用于建模、划分网格、设定载荷和边界条件等等；Nastran只是MSC公司提供的求解器之一，主要用于结构分析和热分析，应用的是静态有限元法。如果需要动态有限元分析，则需要使用Dytran求解器，如果需要疲劳有限元分析，则需要使用Fatigue求解器，它们都是MSC公司的产品。换句话说，MSC公司提供一种前处理器Patran，但是可以根据分析的具体内容和方法，选择相应的求解器。Patran所支持的后处理器（求解器）有10种左右，如ABAQUS,ANSYS 5, MSC.MARC, MSC.NASTRAN, MSC.DYTRAN，MSC.FATIGUE等等。
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。在同类软件中，其高度非线性、流—固耦合方面有独特之处。 MSC.DYTRAN的算法基本上可以概况为：MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格式的有限单元方法（FEM）模拟结构的变形和应力，用基于纯Euler格式的有限体积方法（FVM）描述材料（包括气体和液体）流动，对通过流体与固体界面传递相互作用的流体—结构耦合分析，采用基于混合的Lagrange格式和纯Euler格式的有限单元与有限体积技术，完成全耦合的流体-结构相互作用模拟。MSC.DYTRAN用有限体积法跟踪物质的流动的流体功能，有效解决了大变形和极度大变形问题，如：爆炸分析、高速侵彻。 但MSC.DYTRAN本身是一个混合物，在继承了LS-DYNA3D与PISCES的优点同时，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。
2、ANSYS有限元分析软件
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。它和MSC公司产品的区别是，前后处理在同一个软件内部，没有区分开。Ansys的应用领域更加广泛，很多人对这个软件有一些了解，这里不做过多的介绍。
3、ABAQUS有限元分析软件
ABAQUS是一套先进的通用有限元系统，也是功能最强的有限元软件之一，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统。ABAQUS有两个主要分析模块：
ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力，如应力和变形、热交换、质量传递等；
ABAQUS/Explicit应用对时间进行显示积分求解，为处理复杂接触问题提供了有力的工具，适合于分析短暂、瞬时的动态事件，但对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRAN和LS-DYNA3D。
另外，ABAQUS有限元分析软件中含有单独的海洋工程分析模块。
三、MSC/patran+nastran, ANSYS,ABAQUS 三者的比较
（由于我本身对软件了解的局限性在这里只能做一个简单的比较）
MSC/patran，直接建模功能十分强大，很容易学，而且可以很快地入门，界面比较清晰。个人感觉作为前后处理器要比其他软件用起来更为方便。与PATRAN相比，ANSYS的界面就繁琐一些，操作起来没有PATRAN舒服。在功能上来讲ANSYS的强项就是多场耦合。其他的功能，MSC/patran+nastran都有。不过，ANSYS的APDL语言比较高级，是其最大优势。不过，APDL开始学也很费事，得一条一条查，一条一条记，这个过程可能要花两三个月时间。由此，ANSYS的清爽度比MSC差一些。 对于ABAQUS，如果自己用手编写过有限元程序的，入门应该不难。其命令格式，跟自己用手编程序一个套路。ABAQUS的强项是其分析功能很全面，特别是非线性部分，基本上都包含了，而且还含有专门的海洋工程分析模块。ABAQUS最大的缺点是上手慢。学ABAQUS的时间要比MSC, ANSYS长。
MSC.PATRAN和ANSYS比较 MSC.PATRAN最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整 CAE集成环境。 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。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Algor, I－DEAS, AutoCAD等， 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。在建立复杂模型上ANSYS不如PATRAN。
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