幾款主要有限元軟件介紹及對比（有限元軟件有哪些）

一、有限元法介紹

有限單元法（Finite Element Method，簡稱FEM）作為一種強有力的數值計算方法，是計算力學在過去五十余年中的最大進展。它的出現與成長和二十世紀的偉大發明——計算機密切相關。其應用領域已遍及各類物理場的分析（如溫度場，電場，磁場，滲流場，聲波場等等），從力學線性分析到非線性分析（如材料行為非線性，幾何導致的非線性，接觸行為引起的非線性等等），從單一場分析到若干個場的耦合分析。尤其在土木、水利、機械、航空、航天、造船等工程技術領域的具體實踐中，它已經轉化為直接推動科技進步和社會發展的生產力，發揮著巨大的經濟和社會效益。

同時，伴隨著有限元和計算機技術的出現與飛速發展，有限元分析程序的研制也逐漸成為一門獨立的學科和產業。使得越來越多的有限元程序可以在個人計算機上解決各種復雜的工程問題。有限元方法和有限元軟件已成為許多高新科學和技術研究的基本工具和有效手段。

有限元法程序在總體組成上可分為三個主要部分：前處理部分、有限元分析部分、后處理部分。其中主體程序是有限元分析程序的核心，它根據離散數值模型的數據文件進行有限元計算。有限元分析的原理和采用的數值方法亦集中于此，它是有限元分析準確可靠的關鍵。

前處理程序根據使用者提供的對計算模型的簡單描述，自動或半自動生成離散模型的數值文件，并以網格圖的形式輸出供用戶查看與修改。另一方面，后處理程序以圖形的形式直觀表達有限元計算結果，便于用戶對分析對象情況的掌握。目前對于較好用于實際問題分析的有限元程序來說，前后處理的程序量常常超出有限元分析的主體程序，前后處理功能越強，工程技術人員對程序的使用就越方便。

二、幾款主要有限元分析軟件介紹

有限元分析是對于結構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法。它是50年代首先在連續體力學領域——飛機結構靜、動態特性分析中應用的一種有效的數值分析方法，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題。有限元分析軟件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四個比較知名比較大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非線性分析方面有較強的能力目前是業內最認可的兩款有限元分析軟件，ANSYS、MSC進入中國比較早所以在國內知名度高應用廣泛。

目前在多物理場耦合方面幾大公司都可以做到結構、流體、熱的耦合分析，但是除ADINA以外其它三個必須與別的軟件搭配進行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的軟件只有ADINA。

2.1軟件對比

ANSYS是商業化比較早的一個軟件，目前公司收購了很多其他軟件在旗下。ABAQUS專注結構分析目前沒有流體模塊。MSC是比較老的一款軟件目前更新速度比較慢。ADINA是在同一體系下開發有結構、流體、熱分析的一款軟件，功能強大但進入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開。

結構分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS

流體分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS

耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS

性價比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC

2.2ABAQUS軟件與ANSYS軟件的對比分析

2.2.1在世界范圍內的知名度

兩種軟件同為國際知名的有限元分析軟件，在世界范圍內具有各自廣泛的用戶群。ANSYS軟件在致力于線性分析的用戶中具有很好的聲譽，它在計算機資源的利用，用戶界面開發等方面也做出了較大的貢獻。ABAQUS軟件則致力于更復雜和深入的工程問題，其強大的非線性分析功能在設計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認可。由于ANSYS產品進入中國市場早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是當時最好的界面之一，所以在中國，ANSYS軟件在用戶數量和市場推廣度方面要高于ABAQUS。但隨著ABAQUS北京辦事處的成立，ABAQUS軟件的用戶數目和市場占有率正在大幅度和穩步提高，并可望在今后的幾年內趕上和超過ANSYS。

2.2.2應用領域

ANSYS軟件注重應用領域的拓展，目前已覆蓋流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領域。ABAQUS則集中于結構力學和相關領域研究，致力于解決該領域的深層次實際問題。

2.2.3性價比

ANSYS軟件由于價格政策靈活，具有多種銷售方案，在解決常規的線性及耦合問題時，具有較好的性價比。但在實際工程中，非線性是比線性遠為普遍的自然現象，線性通常只是非線性的理想化假設。隨著研究水平的提高和研究問題的深入，非線性問題必然成為工程師和研究人員面臨的課題，并成為制約深入研究和精確設計的瓶頸。購買ABAQUS軟件可以很好地解決這些問題，縮短研制周期、減少試驗投入，避免重新設計。工欲善其事，必先利其器，使用不恰當或低檔的分析工具進行工作的成本要遠超過使用合適工具的成本。因此，從綜合效益和長遠效益而言，ABAQUS軟件的經濟性也是非常突出的。

2.2.4求解器功能

對于常規的線性問題，兩種軟件都可以較好的解決，在模型規模限制、計算流程、計算時間等方面都較為接近。ABAQUS軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢。其非線性涵蓋材料非線性、幾何非線性和狀態非線性等多個方面。 　　另外，由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(顯式積分)同為ABAQUS公司的產品，它們之間的數據傳遞非常方便，可以很容易地考慮預緊力等靜力和動力相結合的計算情況。ABAQUS軟件的求解器是智能化的求解器，可以解決其它軟件不收斂的非線性問題，其它軟件也收斂的非線性問題，ABAQUS軟件的計算收斂速度較快，并更加容易操作和使用。

2.2.5人機交互界面

ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近開發的軟件運行平臺，他汲取了同類軟件和CAD軟件的優點，同時與ABAQUS求解器軟件緊密結合。與其他有限元軟件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特點：

采用CAD方式建模和可視化視窗系統，具有良好的人機交互特性。

強大的模型管理和載荷管理手段，為多任務、多工況實際工程問題的建模和仿真提供了方便。

鑒于接觸問題在實際工程中的普遍性，單獨設置了連接(interaction)模塊，可以精確地模擬實際工程中存在的多種接觸問題。

采用了參數化建模方法，為實際工程結構的參數設計與優化，結構修改提供了有力工具。

2.2.6綜合性能對比

綜合起來，ABAQUS軟件具有：

更多的單元種類，單元種類達433種，提供了更多的選擇余地，并更能深入反映細微的結構現象和現象間的差別。除常規結構外，可以方便地模擬管道、接頭以及纖維加強結構等實際結構的力學行為

更多的材料模型，包括材料的本構關系和失效準則等，僅橡膠材料模型就達16種。除常規的金屬材料外，還可以有效地模擬復合材料、土壤、塑性材料和高溫蠕變材料等特殊材料

2.3 ANSYS軟件與ABAQUS、ADINA的對比分析

2.3.1在世界范圍內的知名度：

三種軟件同為國際知名的有限元分析軟件，在世界范圍內具有各自廣泛的用戶群。ANSYS軟件在致力于線性分析的用戶中具有很好的聲譽；ABAQUS軟件則致力于復雜和深入的非線性工程問題；而ADINA軟件除了求解非線性問外，其多物理場的流固耦合求解功能也是全球唯一的專利技術。

2.3.2應用領域：

三種軟件同為大型通用分析軟件，都具有各自廣泛的應用領域。ANSYS注重應用領域的拓展和合并，目前已覆蓋結構、溫度、流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領域；ABAQUS則只具備結構分析功能，功能僅局限于結構力學領域；而ADINA軟件和ANSYS軟件一樣都包括結構、溫度、流體及流固耦合的功能，因此其應用領域也是相當廣泛。

2.3.3性價比

三種軟件同為美國的有限元分析軟件，在價格方面相差不是特別大，不過由于ABAQUS軟件僅具有結構分析的功能，因此從整體來看ABAQUS軟件是最為便宜的；不過如果需要進行流體計算或者多物理場耦合求解功能的話，則相信ANSYS軟件和ADINA軟件都會是更好的選擇。

2.3.4求解器功能

對于常規的結構線性問題，三種軟件都可以較好的解決，在模型規模限制、計算流程、計算時間等方面都較為接近。ABAQUS軟件和ADINA軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢；而ANSYS軟件和ADINA軟件則在流體和多物理場耦合功能方面具有無可比擬的優勢。

2.3.5人機交互界面

ANSYS/Workbench、ABAQUS/CAE、ADINA/AUI都是采用CAD方式建模和可視化視窗系統，都具有良好的人機交互特性。三種軟件都除了提供窗口操作外都還提供命令流輸入，但是ABAQUS/CAE并不對所有的命令流都支持CAE界面操作。

2.3.6建模方式

ANSYS軟件和ADINA軟件都采用Parasolid為核心的實體建模技術，因此可以和其它Parasolid為核心的CAD軟件實行真正無縫的雙向數據交換，且該兩種軟件自身的建模功能很強大。而ABAQUS軟件的CAE模塊和輸入文件兩種建模方式是由兩家不同的公司研制的，CAE模塊功能還不是很完全，一些功能只能通過編輯INP輸入文件來實。

2.3.7網格劃分

三種軟件都提供多種網格劃分器，可以進行復雜模型的自由網格劃分。除常見網格劃分外，ANSYS軟件和ADINA軟件還可以對復雜模型進行自動六面體網格劃分，從而在節省技術人員工作時間的情況下又保證了網格的精度。

2.3.8綜合性能對比

ANSYS軟件的命令流操作非常方便，對于結構循環優化方面比較有優勢，但目前還只是局限于線性方面，非線性方面功能很差而且基本沒有；ABAQUS軟件則在顯式非線性方面有些特色，但隱式非線性方面比不上ADINA，且不具備流體的功能；ADINA軟件則在結構非線性及多物理場耦合方面非常出色，是全球非線性功能最強大的有限元軟件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。

來源：網絡，不代表技術鄰觀點

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