經(jīng)常有學(xué)員問到常用幾款有限元軟件的優(yōu)劣問題，文恒教育有多年有限元分析的劉老師把用過的一些常用有限元軟件給大家分析一下。   

   目前流行的CAE分析軟件主要有ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、ADINA 、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。以下為對(duì)這些常用的軟件進(jìn)行的比較和評(píng)價(jià)：

   ANSYS

ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件，發(fā)展了很多版本，但是它們核心的計(jì)算部分變化不大，只是模塊越來越多，這些模塊并不是ANSYS公司自己搞的，而是把別人的東西買來集成到自己的環(huán)境里。文恒教育劉老師介紹ANSYS系統(tǒng)擅長(zhǎng)于多物理場(chǎng)和非線性問題的有限元分析,在鐵道、建筑和壓力容器方面應(yīng)用較多。

    ABAQUS

    ABAQUS是一套先進(jìn)的通用有限元系統(tǒng)，屬于高端CAE軟件。它長(zhǎng)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。ABAQUS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)于其他分析軟件來說是的。文恒教育劉老師指出的是，ABAQUS對(duì)爆炸與沖擊過程的模擬相對(duì)不如DYTRAN和LS-DYNA3D。

   LSTC公司的LS-DYNA系列軟件

    LSDYNA長(zhǎng)于沖擊、接觸等非線性動(dòng)力分析。LS-DYNA是一個(gè)通用顯式非線性動(dòng)力分析有限元程序，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(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。

    MSC.software公司的DYTRAN軟件

    在同類軟件中，DYTRAN在高度非線性、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，開發(fā)了物質(zhì)流動(dòng)算法和流固耦合算法發(fā)展而來的。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(jì)算功能，軸對(duì)稱問題也只能按三維問題處理，使計(jì)算量大幅度增加；在處理沖擊問題的接觸算法上遠(yuǎn)不如當(dāng)前版的LS-DYNA3D全面。

HKS公司的ABAQUS軟件

    ADINA

    ADINA是近年來發(fā)展最快的有限元軟件，它有許多特殊解法, 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)雜的非線性問題(如接觸,塑性及破壞等), 具有快速且?guī)缀跏諗康奶匦? 且程式具有穩(wěn)定的自動(dòng)參數(shù)計(jì)算,用戶無需頭痛于調(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，滿足特殊的需求。

NASTRAN

     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。

    Algor

    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(jī)械系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。它的特點(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

    Cosmos相對(duì)影響比較小,但Cosmos的特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，這是其他軟件所不能比擬的。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(duì)磁盤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。

    對(duì)于上述軟件，文恒教育劉老師大部分都用過，不過用得的還是ANSYS，所以還是把這些軟件與ANSYS比較來談。

    LS-DYNA,是公認(rèn)的計(jì)算沖擊，碰撞問題的很牛的軟件。ANSYS也的確購(gòu)買了它的求解器進(jìn)行沖擊，碰撞問題的計(jì)算。不過，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，以及無網(wǎng)格方法進(jìn)行爆炸的仿真，做得非常好，并不比LS-DYNA差。

   ABAQUS，非線性計(jì)算的行家。文恒教育劉老師使用ABAQUS，印象最深的是它對(duì)于多載荷步的計(jì)算和規(guī)劃，以及它的軟件設(shè)計(jì)思想，非常嚴(yán)密而且直觀。而文恒教育劉老師在用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)非線性計(jì)算的時(shí)候，則總要進(jìn)行很多參數(shù)的設(shè)置，也比較容易不收斂。我想，如果做非線性結(jié)構(gòu)分析，ABAQUS的確無可替代。

   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(guó)也占領(lǐng)了相當(dāng)大的用戶市場(chǎng)，文恒教育劉老師用它做分析，沒有很特別的感覺。

   COSMOS，多物理場(chǎng)分析專家。計(jì)算速度飛快，設(shè)置耦合條件也很好，操作也很方便。有時(shí)候感覺是太方便了，都有點(diǎn)不習(xí)慣。

   HYPERMESH，前處理專家。在網(wǎng)格劃分方面，恐怕沒有哪個(gè)軟件可與之匹敵。其對(duì)網(wǎng)格的精密而底層的控制，令人嘆為觀止。所以，設(shè)若要做幾何清理，劃分網(wǎng)格，HYPERMESH的確是。

   MARC，據(jù)說是做非線性很牛的軟件。只是操作界面實(shí)在不敢恭維，用起來很費(fèi)勁，以至于文恒教育劉老師都很難去感受它的優(yōu)點(diǎn)。

   ANSYS，是文恒教育劉老師用得的軟件。在近些年，ANSYS相繼收購(gòu)了一堆很牛的軟件，現(xiàn)在對(duì)于流體分析，電磁分析，以及瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析已經(jīng)很強(qiáng)大。

   文恒教育劉老師說很難評(píng)價(jià)哪個(gè)軟件好，哪個(gè)軟件不好。就一般使用而言，NASTRAN,ABAQUS,ANSYS感覺都差不多，界面都很友好，操作都很方便。如果說最明顯的感覺，就是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，而非線性分析弱一些；ABAQUS非線性分析；而NASTRAN則很正規(guī)，用戶多，但是沒有很特別的感覺。蘿卜白菜，各有所愛，只是目前ANSYS功能越來越完善越來越強(qiáng)大，相對(duì)來說還是學(xué)習(xí)ANSYS或者ABAQUS好一些。