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(qiáng)有力的數(shù)值計算方法，是計算力學(xué)在過去五十余年中的最大進(jìn)展。它的出現(xiàn)與成長和二十世紀(jì)的偉大發(fā)明——計算機(jī)密切相關(guān)。其應(yīng)用領(lǐng)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(xué)線性分析到非線性分析（如材料行為非線性，幾何導(dǎo)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(jī)械、航空、航天、造船等工程技術(shù)領(lǐng)域的具體實(shí)踐中，它已經(jīng)轉(zhuǎn)化為直接推動科技進(jìn)步和社會發(fā)展的生產(chǎn)力，發(fā)揮著巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

同時，伴隨著有限元和計算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)與飛速發(fā)展，有限元分析程序的研制也逐漸成為一門獨(dú)立的學(xué)科和產(chǎn)業(yè)。使得越來越多的有限元程序可以在個人計算機(jī)上解決各種復(fù)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(xué)和技術(shù)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(jù)離散數(shù)值模型的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行有限元計算。有限元分析的原理和采用的數(shù)值方法亦集中于此，它是有限元分析準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵。

前處理程序根據(jù)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(shù)值文件，并以網(wǎng)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(dá)有限元計算結(jié)果，便于用戶對分析對象情況的掌握。目前對于較好用于實(shí)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(qiáng)，工程技術(shù)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(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域——飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)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(qiáng)的能力目前是業(yè)內(nèi)最認(rèn)可的兩款有限元分析軟件，ANSYS、MSC進(jìn)入中國比較早所以在國內(nèi)知名度高應(yīng)用廣泛。

目前在多物理場耦合方面幾大公司都可以做到結(jié)構(gòu)、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(jìn)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(yè)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(jié)構(gòu)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(fā)有結(jié)構(gòu)、流體、熱分析的一款軟件，功能強(qiáng)大但進(jìn)入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開。

結(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(yù)，它在計算機(jī)資源的利用，用戶界面開發(fā)等方面也做出了較大的貢獻(xiàn)。ABAQUS軟件則致力于更復(fù)雜和深入的工程問題，其強(qiáng)大的非線性分析功能在設(shè)計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認(rèn)可。由于ANSYS產(chǎn)品進(jìn)入中國市場早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是當(dāng)時最好的界面之一，所以在中國，ANSYS軟件在用戶數(shù)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(shù)目和市場占有率正在大幅度和穩(wěn)步提高，并可望在今后的幾年內(nèi)趕上和超過ANSYS。

2.2.2應(yīng)用領(lǐng)域

ANSYS軟件注重應(yīng)用領(lǐng)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(lǐng)域。ABAQUS則集中于結(jié)構(gòu)力學(xué)和相關(guān)領(lǐng)域研究，致力于解決該領(lǐng)域的深層次實(shí)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(guī)的線性及耦合問題時，具有較好的性價比。但在實(shí)際工程中，非線性是比線性遠(yuǎn)為普遍的自然現(xiàn)象，線性通常只是非線性的理想化假設(shè)。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(shè)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(shè)計。工欲善其事，必先利其器，使用不恰當(dāng)或低檔的分析工具進(jìn)行工作的成本要遠(yuǎn)超過使用合適工具的成本。因此，從綜合效益和長遠(yuǎn)效益而言，ABAQUS軟件的經(jīng)濟(jì)性也是非常突出的。

2.2.4求解器功能

對于常規(guī)的線性問題，兩種軟件都可以較好的解決，在模型規(guī)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(yōu)勢。其非線性涵蓋材料非線性、幾何非線性和狀態(tài)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(chǎn)品，它們之間的數(shù)據(jù)傳遞非常方便，可以很容易地考慮預(yù)緊力等靜力和動力相結(jié)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(jī)交互界面

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

采用CAD方式建模和可視化視窗系統(tǒng)，具有良好的人機(jī)交互特性。

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

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

采用了參數(shù)化建模方法，為實(shí)際工程結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化，結(jié)構(gòu)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(dá)433種，提供了更多的選擇余地，并更能深入反映細(xì)微的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象和現(xiàn)象間的差別。除常規(guī)結(jié)構(gòu)外，可以方便地模擬管道、接頭以及纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)等實(shí)際結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為

更多的材料模型，包括材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準(zhǔn)則等，僅橡膠材料模型就達(dá)16種。除常規(guī)的金屬材料外，還可以有效地模擬復(fù)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(nèi)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(nèi)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(yù)；ABAQUS軟件則致力于復(fù)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(shù)。

2.3.2應(yīng)用領(lǐng)域：

三種軟件同為大型通用分析軟件，都具有各自廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。ANSYS注重應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和合并，目前已覆蓋結(jié)構(gòu)、溫度、流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領(lǐng)域；ABAQUS則只具備結(jié)構(gòu)分析功能，功能僅局限于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域；而ADINA軟件和ANSYS軟件一樣都包括結(jié)構(gòu)、溫度、流體及流固耦合的功能，因此其應(yīng)用領(lǐng)域也是相當(dāng)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(jié)構(gòu)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(jìn)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(guī)的結(jié)構(gòu)線性問題，三種軟件都可以較好的解決，在模型規(guī)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(yōu)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(yōu)勢。

2.3.5人機(jī)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(tǒng)，都具有良好的人機(jī)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(shí)體建模技術(shù)，因此可以和其它Parasolid為核心的CAD軟件實(shí)行真正無縫的雙向數(shù)據(jù)交換，且該兩種軟件自身的建模功能很強(qiáng)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(shí)。

2.3.7網(wǎng)格劃分

三種軟件都提供多種網(wǎng)格劃分器，可以進(jìn)行復(fù)雜模型的自由網(wǎng)格劃分。除常見網(wǎng)格劃分外，ANSYS軟件和ADINA軟件還可以對復(fù)雜模型進(jìn)行自動六面體網(wǎng)格劃分，從而在節(jié)省技術(shù)人員工作時間的情況下又保證了網(wǎng)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(jié)構(gòu)循環(huán)優(yōu)化方面比較有優(yōu)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(jié)構(gòu)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(qiáng)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(wǎng)絡(luò)，不代表技術(shù)鄰觀點(diǎn)

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