有限元分析软件的比较及展望.docx

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1、有限元分析软件的比较及展望 随着现代科学技术的进展，人们正在不断建筑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施。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地猜测出产品和工 程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。 例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反 应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析泯轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。 这些都可归结为求解物理问题的掌握偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算 机技

2、术和数值分析方法支持下进展起来的有限元分析（FEA, Finite Element Analysis）方法则为解决 这些简单的工程分析计算问题供应了有效的途径。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，削减设计成本； 缩短设计和分析的循环周期；增加产品和工程的牢靠性；采纳优化设计，降低材料的消耗或成本；在产品制造或工程施工前预先发觉潜在的问题；模拟各种试验方案，削减试验时间和经费；进行机械事故分析，查找事故缘由。在大力推广CAD技术的今日，从自行车到航天飞机，全部的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA在 工程设计和分

3、析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年月末、60年月初就投入大量的人 力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为闻名的是由美国我国宇航局（NASA）在1965 年托付美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系统进展至今已有几 十个版本，是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。从那时到现在，世界各地的争论机构和 高校也进展了一批规模较小但使用敏捷、价格较低的专用或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 ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE. BOSOR、COSMO S

4、、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。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我国试验 室（Lawrence Livermore主持开发完成的，主要目的是为核武器的弹头设计供应分析工具，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闻名数值模拟软件公 司（如ANSYS、MSC.software. ETA等）的加盟，极大地加强了其的前后处理力量和通用性，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

5、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，特殊是在爆炸冲击方面，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，在拉格朗日一一欧拉结合方面不如DYTRAN敏捷虽然供应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

6、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一一结构相互作用功能，还在PISCES的欧拉模式算法基础 上，开发了物质流淌算法和流固耦合算法。在同类软件中，其高度非线性、流一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采纳基于Lagrange格式的有限单元方法（FE M）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） 流淌，对通过流体与固体界面传递相互作用的流体一结构耦合分析，采纳基于混合的Lagrange格式和纯 Eu

7、ler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 积法跟踪物质的流淌的流体功能，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。2 .线性动力学分析功能：线性模态分析、复合材料模态分析、时间历程分析、响应谱分析、线性瞬态应力 分析，复合材料瞬态应力分析、频率响应分析、随机振动分析以及载荷作用下的模态分析。3 .非线性动力分析功能：非线性模态分析、非线性动态响应分析。4 .热传导分析功能：稳态热传导分析、瞬态热传导分析。5 .流淌分析功能：二维稳态流淌分析、二维瞬态流淌分析、三维稳态流淌分析和三维瞬态流淌分析。6 .电场分析功能。7

8、.管道设计及分析功能。8 .线性和非线性材料模型的机械大事仿真功能。9,多物理场分析可进行电一机械场（对于MEMS的应用）、热一机械场、流体一热一机械场的分析等。10.其 inCAD 功能可直接对 AutoDesk Inventor、CADKEY、Mechanical Desktop、Pro/ENGI NEER、Solid Edge和SolidWorks建立的模型进行CADICAE模型转换，并进行有限元分析。FEMP R0作为完整而易用的工作界面，能广泛支持CAD实体建模，并含有有限元网格划分和建模的工具。三、软件的独特优势.该软件独特的inCAD技术使其在一个通用的用户界面（FEMPRO ）

9、下可以直接和主流CAD软件进 行数据交换，大大提高了工程设计效率。CAD设计人员运用Algor中的设计、分析以及模拟功能可以快 速有效地测试、预报新产品和现有产品的性能。1 .前处理系统为精确有限元建模工具一一 Surperdarwlll ,其很多建模命令和AutoCAD系统特别相近, 使比较熟识AutoCAD的用户特别简洁人手。2 .在我们我国，SAPS程序早已为很多用户所熟识，Algor系统的数据格式和SAPS的数据格式特别相 近，因此熟识SAP或有肯定基础的用户可以特别简洁地把握Algor系统。3 .从1999年开头，Algor采用先进的应用程序接口（API）,将程序移植成为标准的、开发的数据库环 境。4 .机械大事仿真（Mes）可在变形和失效性能分析的某一过程中，既进行大范围的运动仿真，又对有限元 模型进行应力分析。5 .具有强大而智能的自动化分网格功能，当需要供应更精确的应力结果时; 可以采用自动的复合（表面的 体单元结合内部的四边形单元）建模工具来削减建模时间。6 .采用自己网站的网络发布技术进行销售、服务和培训。每一个Algor的客户都能享受到特地的技术服 务工程师兼客户经理供应的服务。Algor网站供应的远程教育，使工程师们可以便利地学习软件，省去了传统培训方式所需的大量时间和交 通费用。