有限元分析软件比较分析(2)

目前比较流行几大软件比较

以下对一些常用的软件进行一些比较分析:

1. LSTC 公司的LS-DYNA 系列软件

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(Lawrence Livermore National Lab.)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。此软件受到美国能源部的大力资助以及世界十余家著名数值模拟软件公司(如 ANSYS,MSC.software,ETA 等)的加盟,极大地加强了其的前后处理能力和通用性，在全世界范围内得到了广泛的使用。在软件的广告中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。即使是这样一个被人们所称道的数值模拟软件，实际上仍在诸多不足，特别是在爆炸冲击方面，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。虽然提供了十余种岩土介质模型。但每种模型都有不足，缺少基本材料数据和依据，让用户难于选择和使用。

2. MSC.software公司的 DYTRAN 软件

当前另一个可以计算侵彻与爆炸的商业通用软件是MSC.Software Corporation ( MSC公司) 的 MSC.DYTRAN 程序。该程序在是在 LS-DYNA3D 的框架下，在程序中增加荷兰PISCESINTERNATIONAL 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，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，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：

目前比较流行几大软件比较

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。

4. ADINA

ADINA 是一个古老的有限元软件，有一些很老的版本，它们只有基本的计算功能，没有前后处理。用它算题，必须自己手工建模，现在看来这些实在是太落后了。但是，重要的一点是它有源代码。有了源码，就可以对程序进行改造，满足特殊的需求。其实国内对ADINA 的改造还是很多的，比如将等带宽存储改为变带宽存储，将元素库从整个程序中分离出来，可以有选择的将将元素编译连接到程序中。还有的在程序中加入了自己的材料本构关系，也有在元素库中加进了新的单元等等。经过这些改进，程序的功能得到了扩展，效率得到了提高，更重要的是在一定程度上具有了自己的知识产权。

5. ANSYS 和 NASTRAN

因为和NASA的特殊关系，msc-nastran在航空航天领域有着崇高的地位。而 ANSYS则在铁道，建筑和压力容器方面应用较多。尽管目前， ANSYS 已发展了很多版本，其实它们核心的计算部分变化不大，只是模块越来越多。比如5.1没有lsdyna和 CAD软件的接口，到了5.6还有疲劳模块等等。其实这些模块并不是ANSYS公司自己搞的，就是把别人的东西买来集成到自己的环境里。 NASTRAN最早是用的for windows 2.0.是nsatran v68集成在 femap5 里。

nastran的求解器效率比ANSYS高一些。 有一个算例可以说明， 20000 多个节点，

D 版的 ansys56 建模，用 femap7.0 转成 nastran 的dat文件，静力计算及前5阶的线性频率，结果 ansys56 在 PIII450 上所用的时间和 D 版的 nastran707 在赛杨400 上用的时间相当，内存都是 128M，全部选项都是缺省的，nastran 用子空间迭代法求频率，ansys 没仔细看，计算的结果倒是没什么大的差别。

其他还有一些软件例如 sap， algor，cosmos等，只是影响比较小。还有一点值得说明，目前的有限元软件，求出的位移结果都很准，可应力就不太一样了，这是一个有趣的现象，大家可以讨论。呈现出以下一些趋势特征：

A. 由二维扩展为三维 早期计算机的能力十分有限，受计算费用和计算机储存能力的限制，数值模拟程序大多是一维或二维的，只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代，第四代计算机的出现，才开始研制和发展更多的三维计算程序。现在，计算程序一般都由二维扩展到了三维，如 LSDYNA2D 和 LSDYNA3D，AUTODYN2D 和 AUTODYNA3D，但也有完全在三维基础上开发的，如 MSC.DYTRAN就没有二维功能。

B. 从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题 数值模拟分析方法最早

目前比较流行几大软件比较

是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算。最近又发展到求解几个交叉学科的问题.例如内爆炸时，空气冲击波使墙、板、柱产生变形，而板、墙、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传播，这就需要用固体力学和流体动力学的数值分析结果交叉迭代求解，即所谓“流— 固耦合”的问题。

C. 从单一坐标体系发展多种坐标体系 数值模拟软件在开始阶段一般采用单一坐标，或采用拉格朗日坐标或采用欧拉坐标，由于这两种坐标自身的缺陷，计算分析问题的范围都有很大的限制。为克服这种缺陷，采用了三种方法：一是两个程序简单组合，如 CTH—EPIC，爆炸与侵彻由不同的程序分开计算；二是在同一程序中采用多种坐标体系，如DYNA3D 中早期采用的是拉格朗日坐标，而 LSDYNA3D 的最新版除原有类型外，新加了欧拉方法以及拉格朗日与欧拉耦合方法，而最近几年才发展的 DYTRAN 则是拉格朗日型的LSDYNA3D(1988 版)与欧拉型的 PISCES 的整合体；三是采用新的计算方法，如 SPH 等，SPH 法不用网格，没有网格畸变问题，所以能在拉格朗日格式下处理大变形问题，同时，SPH 法允许存在材料界面，可以简单而精确地实现复杂的本构行为，也适用于材料在高加载速率下的断裂等问题的研究。

D. 由求解线性工程问题进展到分析非线性问题 随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。诸如岩石，土壤，混凝土等，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性数值算 …… 此处隐藏：3488字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……