有限元分析软件MSC.NASTRAN
MSC.NASTRAN
目录
1 简介
2 MSC.Nastran的开发历史
3 MSC.NASTRAN的优势
3.1 极高的软件可靠性
3.2 优秀的软件品质
3.3 作为工业标准的输入/输出格式3.4 强大的软件功能
3.5 高度灵活的开放式结构
3.6 无限的解题能力
4 NASTRAN动力学分析功能
4.1 NASTRAN动力学分析简介4.2 正则模态分析
4.3 复特征值分析
4.4 瞬态响应分析(时间-历程分析) 4.5 随机振动分析
4.6 响应谱分析
4.7 频率响应分析
4.8 声学分析
5 NASTRAN的非线性分析功能5.1 NASTRAN非线性分析简介5.2 几何非线性分析
5.3 材料非线性分析
5.4 非线性边界(接触问题)
5.5 非线性瞬态分析
5.6 非线性单元
6 NASTRAN的热传导分析
6.1 NASTRAN热传导分析简介6.2 线性/非线性稳态热传导分析6.3 线性/非线性瞬态热传导分析6.4 相变分析
6.5 热控分析
6.6 空气动力弹性及颤振分析
6.7 流-固耦合分析
6.8 多级超单元分析
6.9 高级对称分析
7 设计灵敏度及优化分析
7.1NASTRAN的拓扑优化简介7.2 设计灵敏度分析
7.3 设计优化分析
7.4 拓扑优化分析
8 复合材料分析
9 P-单元及H、P、H-P自适应
10 NASTRAN的高级求解方法
11 NASTRAN的单元库
12 用户化开发工具DMAP语言
1 简介
2 MSC.Nastran的开发历史
3 MSC.NASTRAN的优势
3.1 极高的软件可靠性
3.2 优秀的软件品质
3.3 作为工业标准的输入/输出格式3.4 强大的软件功能
3.5 高度灵活的开放式结构
3.6 无限的解题能力
4 NASTRAN动力学分析功能
4.1 NASTRAN动力学分析简介4.2 正则模态分析
4.3 复特征值分析
4.4 瞬态响应分析(时间-历程分析) 4.5 随机振动分析
4.6 响应谱分析
4.7 频率响应分析
4.8 声学分析
5 NASTRAN的非线性分析功能5.1 NASTRAN非线性分析简介5.2 几何非线性分析
5.3 材料非线性分析
5.4 非线性边界(接触问题)
5.5 非线性瞬态分析
5.6 非线性单元
6 NASTRAN的热传导分析
6.1 NASTRAN热传导分析简介6.2 线性/非线性稳态热传导分析6.3 线性/非线性瞬态热传导分析6.4 相变分析
6.5 热控分析
6.6 空气动力弹性及颤振分析
6.7 流-固耦合分析
6.8 多级超单元分析
6.9 高级对称分析
7 设计灵敏度及优化分析
7.1NASTRAN的拓扑优化简介7.2 设计灵敏度分析
7.3 设计优化分析
7.4 拓扑优化分析
8 复合材料分析
9 P-单元及H、P、H-P自适应
10 NASTRAN的高级求解方法
11 NASTRAN的单元库
12 用户化开发工具DMAP语言
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编辑本段1 简介
NASTRAN是在1966年美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序。
编辑本段2 MSC.Nastran的开发历史
MSC公司自1963年开始从事计算机辅助工程领域CAE产品的开发和研究。MSC参与了整个NASTRAN的开发过程。1969年NASA推出了其第一个NASTRAN版本, 即我们所知的NASTRAN Level 12。1973年2月，NASTRAN Level 15。5发布的同时, MSC公司被指定为NASTRAN的特邀维护商。
1971年MSC公司对原始的NASTRAN做了大量改进, 采用了新的单元库、增强了程序的功能、改进了用户界面、提高了运算精度和效率。特别对矩阵运算方法做重大改进, 即而推出了自己的专利版本：MSC.NASTRAN。
1989年对MSC公司来说是具有里程碑意义的一年, 发布了经革命性改良的MSC.NASTRAN 66版本。该版本包含了新的执行系统、高效的数据库管理、自动重启动及更易理解的DMAP开发手段等新特点，同溶入许多当今世界上FEM领域最杰出的研究成果,使MSC.NASTRAN变得更加通用、更加易于使用。这一年MSC公司还推出了自行开发的用于MSC各个产品的先进的前后处理程序MSC/XL。
1991年底MSC公司与在CAD领域颇具影响的ARIES公司(Aries Technology Corp.)达成协议将CAD技术引入MSC.NASTRAN V67.5及相应产品。1993年收购了Aries公司之后, 全新的MSC. Aries前后处理器使MSC.NASTRAN及其它产品又向领导CAE自动化迈进了一大步。
如同1989年一样,1994年对于MSC公司及MSC.NASTRAN产品而言又是一个非凡和具有历史意义的一年。经重大改进后发布的MSC.NASTRANV68版无论是在优化设计、热分析、非线性还是在单元、单元库、数值计算方法及整体性能水平方面均较以往任何一个版本有了很大提高。MSC公司与PDAEngineering公司的合并成功使以MSC.NASTRAN 为核心的MSC产品线更加全面,如: MSC.MVISION、MSC.PATRAN、含THERMAL、FEA、FATIGUE、ADV ANCED FEA等,同时也标志着CAE领域新时代的开始。
继1995年的MSC.NASTRAN V68.2版,1996年的MSC.NATRAN V69版, 1997年发布的MSC.NASTRAN V70版之后,当前最新版本为MSC.NASTRAN V70.5,其继续向CAE仿真工具的高度自动化和智能化方向发展, 同时在非线性、梁单元库、h-p单元混合自适应、优化设计、数值方法及整体性能水平方面又有了很大改进和增强。
通过对世界最著名的非线性结构有限元分析厂商MARC公司的收购, 使MSC公司形成了从MSC.NASTRAN到MSC.MARC全方位、功能强大、面向不同用户群的有限元分析仿真体系。
此外, MSC.PA TRAN、MSC.NASTRAN等PC-NT版的发布, 及以MSC.NASTRAN for Windows、MSC.Working Model等为代表的PC中低端产品线的不断扩大, 将进一步满足日益增长的PC微机用户需求。
编辑本段3 MSC.NASTRAN的优势
3.1 极高的软件可靠性
MSC.NASTRAN是一具有高度可靠性的结构有限元分析软件, 有着36年的开发和改进
历史, 并通过50,000多个最终用户的长期工程应用的验证。MSC.NASTRAN的整个研制及测试过程是在MSC公司的QA部门、美国国防部、国家宇航局、联邦航空管理委员会(FAA)及核能委员会等有关机构的严格控制下完成的,每一版的发行都要经过4个级别、5,000个以上测试题目的检验。
3.2 优秀的软件品质
MSC.NASTRAN的计算结果与其它质量规范相比已成为最高质量标准, 得到有限元界的一致公认。通过无数考题和大量工程实践的比较,众多重视产品质量的大公司和工业行业都用MSC .NASTRAN的计算结果作为标准代替其它质量规范。
3.3 作为工业标准的输入/输出格式
MSC.NASTRAN 被人们如此推崇而广泛应用使其输入输出格式及计算结果成为当今CAE 工业标准,几乎所有的CAD/CAM系统都竞相开发了其与MSC.NASTRAN的直接接口, MSC.NAS TRAN的计算结果通常被视为评估其它有限元分析软件精度的参照标准,同时也是处理大型工程项目和国际招标的首选有限元分析工具。
3.4 强大的软件功能
MSC.NASTRAN不但容易使用而且具有十分强大的软件功能。通过不断地完善, 如增加新的单元类型和分析功能、提供更先进的用户界面和数据管理手段、进一步提高解题精度和矩阵运算效益等等,使MSC公司以每年推出一个小版本、每两年推出一个大版本的速度为用户提供MSC 新产品。
3.5 高度灵活的开放式结构
MSC.NASTRAN全模块化的组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的灵活性, 用户可针对根据自己的工程问题和系统需求通过模块选择、组合获取最佳的应用系统。此外, MSC .NASTRAN的全开放式系统还为用户提供了其它同类程序所无法比拟开发工具DMAP语言。
3.6 无限的解题能力
MSC.NASTRAN对于解题的自由度数、带宽或波前没有任何限制，其不但适用于中小型项目对于处理大型工程问题也同样非常有效, 并已得到了世人的公认。MSC.NASTRAN 已成功地解决了超过5,000,000自由度以上的实际问题。
编辑本段4 NASTRAN动力学分析功能
4.1 NASTRAN动力学分析简介
MSC.NASTRAN的主要动力学分析功能如：特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等。
4.2 正则模态分析
用于求解结构的自然频率和相应的振动模态,计算广义质量, 正则化模态节点位移,约束力和正则化的单元力及应力, 并可同时考虑刚体模态。具体包括:
a). 线性模态分析又称实特征值分析。实特征值缩减法包括: Lanczos法、增强逆迭代法、Givens法、改进Givens法、Householder法、并可进行Givens和改进Givens法自动选择、带Sturm 序列检查的逆迭代法, 所有的特征值解法均适用于无约束模型。
b). 考虑拉伸刚化效应的非线性特征模态分析, 或称预应力状态下的模态分析。
4.3 复特征值分析
复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型, 分析过程与实特征值分析类似。此外NASTRAN的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。复特征值抽取方法包括直接复特征值抽取和模态复特征值抽取两种:
a). 直接复特征值分析
通过复特征值抽取可求得含有粘性阻尼和结构阻尼的结构自然频率和模态,给出正则化的复特征矢量和节点的约束力, 及复单元内力和单元应力。主要算法包括elerminated法、Hossen-bery法、新Hossenbery、逆迭代法、复Lanczos法,适用于集中质量和分布质量、对称与反对称结构,并可利用DMAP工具检查与测试分析的相关性。
MSC.NASTRAN V70.5版中Lanczos算法在特征向量正交化速度上得到了进一步提高, 尤其是在求解百个以上的特征值时, 速度较以往提高了30%。
b). 模态复特征值分析
此分析与直接复特征值分析有相同的功能。本分析先忽略阻尼进行实特征值分析, 得到模态向量。然后采用广义模态坐标,求出广义质量矩阵和广义刚度矩阵, 再计算出广义阻尼矩阵, 形成模态坐标下的结构控制方程, 求出复特征值。模态复特征值分析得到输出类型与用直接复特征值分析的得到输出类型相同。
4.4 瞬态响应分析(时间-历程分析)
瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。两种方法均可考虑刚体位移作用。
(a). 直接瞬态响应分析
该分析给出一个结构对随时间变化的载荷的响应。结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分,直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
(b). 模态瞬态响应分析
在此分析中, 直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换, 对问题的规模进行压缩。再对压缩了的方程进行数值积分从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。
4.5 随机振动分析
该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。对于例如地震波,海洋波,飞机或超过层建筑物的气压波动, 以及火箭和喷气发动机的噪音激励, 通常人们只能得到按概率分布的函数, 如功率谱密度(PSD)函数, 激励的大小在任何时刻都不能明确给出, 在这种载荷作用下结构的响应就需要用随机振动分析来计算结构的响应。MSC.NASTRAN 中的PSD可输入自身或交叉谱密度, 分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关函数及响应的RMS值等。计算过程中, MSC.NASTRAN 不仅可以象其它有限元分析那样利用已知谱, 而且还可自行生成用户所需的谱。
4.6 响应谱分析
响应谱分析(有时称为冲击谱分析)提供了一个有别于瞬态响应的分析功能,在分析中结构的激励用各个小的分量来表示, 结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。
4.7 频率响应分析
频率响应分析主要用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结果分实部和虚部两部分。实部代表响应的幅度, 虚部代表响应的相角。
(a).直接频率响应分析
直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程, 得出各频率对于外载荷的响应。该类分析在频域中主要求解二类问题。第一类问题是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的响应。结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼, 分析得到复位移、速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。这些量可以进行正则化以获得传递函数。
第二类问题是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。此载荷由它的互功率谱密度所定义。而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征。分析得出位移。加速度。约束
力或单元应力的自相关系数。该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。
(b) 模态频率响应
模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的二类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。结构矩阵用忽咯阻尼的实特征值分析进行了压缩, 然后用模态坐标建立广义刚度和质量矩阵。该分析的输出类型与直接频率响应分析得到的输出类型相同。
MSC.NASTRAN V70.5版中增加了模态扩张法(残余矢量法)来估算高阶模态的作用,以确保参加计算的频率数足以使模态法的响应分析的计算精度显著提高。同时在V70.5版中还采用了新的矩阵乘法运算方法, 使模态法的频率响应分析计算速度比以往提高50%。
4.8 声学分析
MSC.NASTRAN中提供了完全的流体-结构耦合分析功能。这一理论主要应用在声学及噪音控制领域, 例如车辆或飞机客舱的内噪音的预测分析。进一步内容见后"流-固耦合分析"一节中的相关部分。
编辑本段5 NASTRAN的非线性分析功能
5.1 NASTRAN非线性分析简介
正如我们所知,很多结构响应与所受的外载荷并不成比例。由于材料的非线性,这时结构可能会产生大的位移。大转动或两个甚至更多的零件在载荷作用下时而接触时而分离。要想更精确地仿真实际问题,就必须考虑材料和几何、边界和单元等非线性因素。MSC.NASTRAN强大的非线性分析功能为设计人员有效地设计产品、减少额外投资提供了一个十分有用的工具。
以往基于线性的结构分析因过于保守而不能赢得当今国际市场的激烈竞争。很多材料在达到初始屈服极限时往往还有很大潜力可挖,通过非线性分析工程师可充分利用材料的塑性和韧性。薄壳结构或橡胶一类超弹性体零件在小变形时受到小阻力,当变形增加时阻力也会随之增大, 所有这些如果用线性分析就不能得到有效的结果。类似地, 非线性分析还可解决蠕变问题,这点对于高聚合塑性和高温环境下的结构件尤为有用。接触分析也是非线性分析一个很重要的应用方面, 如轮胎与道路的接触、齿轮、垫片或衬套等都要用到接触分析。
5.2 几何非线性分析
几何非线性分析研究结构在载荷作用下几何模型发生改变、如何改变、几何改变的大小。所有这些均取决于结构受载时的刚性或柔性。非稳定段过度、回弹, 后屈曲分析的研究都属于几何非线性的应用。
在几何非线性分析中, 应变位移关系是非线性的,这意味着结构本身会产生大位移或大的转动, 而单元中的应变却可大可小。应力应变关系或是线性或是非线性。
对于极短时间内的高度非线性瞬态问题包括弹塑性材料。大应变及显式积分等MSC.DYTRAN 可以进一步对MSC.NASTRAN进行补充。在几何非线性中可包含: 大变形、旋转、温度载荷、动态或定常载荷、拉伸刚化效应等。
MSC.NASTRAN可以确定屈曲和后屈曲属性。对于屈曲问题, MSC.NASTRAN可同时考虑材料及几何非线性。非线性屈曲分析可比线性屈曲分析更准确地判断出屈曲临界载荷。对于后屈曲问题MSC.NASTRAN提供三种Arc-Length方法(Crisfield法, Riks法和改进Riks法)的自适应混合使用可大大提高分析效率。
此外在众多的应用里, 结构模态分析同时考虑几何刚化和材料非线性也是非常重要的。这一功能MSCNASTRAN称之为非线性正则模态分析。
5.3 材料非线性分析
当材料的应力和应变关系是非线性时要用到这类分析。包括非线性弹性(含分段线弹性)、超弹性、热弹性、弹塑性、塑性、粘弹/塑率相关塑性及蠕变材料,适用于各类各向同性、各向异性、具有不同拉压特性(如绳索)及与温度相关的材料等。对于弹/塑性材
料既可用Von Mises也可用Tresca屈服准则; 土壤或岩石一类材料可用Mohr Coulomb或Drucker-Prager屈服准则; Mooney-Rivlin超弹性材料模型适用于超弹性分析,在MSC.NASTRAN可定义5阶、25个材料常数并可通过应力应变曲线自动拟合出所需的材料常数等屈服准则;对于蠕变分析可利用ORNL定律或Rheological进行模拟,并同时考虑温度影响。任何屈服准则均包括各向同性硬化。运动硬化或两者兼有的硬化规律。
5.4 非线性边界(接触问题)
平时我们经常遇到一些接触问题, 如齿轮传动、冲压成形、橡胶减振器、紧配合装配等。当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。由接触产生的力同样具有非线性属性。对这些非线性接触力, MSC.NASTRAN提供了两种方法: 一是三维间隙单元(GAP), 支持开放，封闭或带摩擦的边界条件; 二是三维滑移线接触单元，支持接触分离，摩擦及滑移边界条件。另外, 在MSC.NASTRAN的新版本中还将增加全三维接触单元。
5.5 非线性瞬态分析
非线性瞬态分析可用于分析以下三种类型的非线性结构的非线性瞬态行为。
考虑结构的材料非线性行为:塑性,V on Mises屈服准则, Tresca屈服准则, Mohr-Coulomb 屈服准则, 运动硬化, Drucker-Prager 屈服准则,各项同性硬化(isotropic hardening ),大应变的超弹性材料, 小应变的非线性弹性材料, 热弹性材料(Thermo-elasticity ), 粘塑性(蠕变) ,粘塑性与塑性合并。
几何非线性行为:大位移,超弹性材料的大应变, 追随力。
包括边界条件的非线性行为:结构与结构的接触(三维滑移线),缝隙的开与闭合, 考虑与不考虑摩擦,强迫位移。
5.6 非线性单元
除几何、材料、边界非线性外, MSC.NASTRAN还提供了具有非线性属性的各类分析单元如非线性阻尼、弹簧、接触单元等。非线性弹簧单元允许用户直接定义载荷位移的非线性关系。
非线性分析作为MSC.NASTRAN的主要强项之一, 提供了丰富的迭代和运算控制方法, 如Newton－Rampson法、改进Newton法、Arc-Length法、Newton和ArcLength混合法、两点积分法、Newmark β法及非线性瞬态分析过程的自动时间步调整功能等,与尺寸无关的判别准则可自动调整非平衡力、位移和能量增量, 智能系统可自动完成全刚度矩阵更新, 或Quasi-Newton更新, 或线搜索, 或二分载荷增量(依迭代方法)可使CPU最小,用于不同目的的数据恢复和求解。自动重启动功能可在任何一点重启动,包括稳定区和非稳定区。
编辑本段6 NASTRAN的热传导分析
6.1 NASTRAN热传导分析简介
热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性, 利用MSC.NASTRAN可以计算出结构内的热分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。
MSC.NASTRAN提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。基于一维、二维、三维热分析单元, MSC.NASTRAN可以解决包括传导、对流、辐射、相变、热控系统在内所有的热传导现象,并真实地仿真各类边界条件, 构造各种复杂的材料和几何模型, 模拟热控系统, 进行热-结构耦合分析。
MSC.NASTRAN提供广泛的自由对流的变界条件有: 随温度变化的热交换系数, 随热交换系数变化的加权温度梯度, 随时间变化的热交换系数, 非线性函数形式, 加权层温度; 强迫对流有: 管流体流场关系H(Re,Pr), 随温度变化的流体粘性, 传导性和比热容(specific
heat ), 随温度变化的质量流率, 随时间变化的质量流率, 随质量流率变化的加权温度梯度; 辐射至空间:随温度变化的发射率和吸收率，随波长变化的发射率和吸收率，随时间变化的交换, 辐射闭合, 随温度变化的发射率, 随波长变化的发射率, 考虑自我和第三体阴影的三维散射角系数计算, 自适应角系数计算, 净角系数, 用户提供的交换系数, 辐射矩阵控制, 多辐射闭合; 施加的热载荷:方向热流，表面法向热流, 节点能量, 随温度变化的热流, 随热流变化的加权温度梯度,随时间变化的热流; 温度变界条件: 稳态分析指定常温变界条件, 瞬态分析指定时变温变界条件；初始条件:非线性稳态分析的起始温度, 所有瞬态分析的起始温度; 热控制系统: 自由对流热交换系数的当地。远程和时变控制点, 强迫对流质量流率的当地。远程和时变控制点, 热流载荷的当地。远程和时变控制点, 内热生成的当地。远程和时变控制点,瞬态非线性载荷函数,精确传导代数约束温度关系; MSC.NASTRAN输出图象显示: 传导和变界表面单元的热流,节点温度随时间的变化曲线,节点焓随时间的变化曲线, 等温线。
另外,MSC.NASTRAN 提供的重启动功能,可直接矩阵输入至传导和热容矩阵,集中质量和离散导体。
MSC.NASTRAN提供了适于稳态或瞬态热传导分析的线性、非线性两种算法。由于工程界很多问题都是非线性的, MSC.NASTRAN的非线性功能可根据选定的解算方法自动优选时间步长。
6.2 线性/非线性稳态热传导分析
基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下, 结构中的温度分布,计算结果包括节点的温度，约束的热载和单元的温度梯度, 节点的温度可进一步用于计算结构的响应; 稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上, 额外考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。
6.3 线性/非线性瞬态热传导分析
线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条件作用下的瞬态温度响应, 可以考虑薄膜热传导、非稳态对流传热及放射率、吸收率随温度变化的非线性辐射。
6.4 相变分析
该分析作为一种较为特殊的瞬态热分析过程,通常用于材料的固化和溶解的传热分析模拟, 如金属成型问题。在MSC.NASTRAN中将这一过程表达成热焓与温度的函数形式, 从而大大提高分析的精度。
6.5 热控分析
MSC.NASTRAN可进行各类热控系统的分析,包括模型的定位、删除、时变热能控制等,如现代建筑的室温升高或降低控制。自由对流元件的热传导系数可根据受迫对流率、热流载荷、内热生成率得到控制，热载和边界条件可定义成随时间的非线性载荷。
6.6 空气动力弹性及颤振分析
气动弹性问题是应用力学的分支,涉及气动、惯性及结构力间的相互作用, 在MSC.NASTRAN 中提供了多种有效的解决方法。人们所知的飞机、直升机、导弹、斜拉桥乃至高耸的电视发射塔、烟囱等都需要气动弹性方面的计算。
MSC.NASTRAN的气动弹性分析功能主要包括: 静态和动态气弹响应分析、颤振分析及气弹优化。
静动气弹响应分析
气弹响应分析计算结构在亚音速下在离散或随机二维阵风场中的响应, 输出包括位移、应力、或约束力、加速度可以从阵风断面的二阶时间导数的响应来获得, 随机阵风分析给出响应功率谱密度、均方根和零交平均频率。
气动颤振分析
空气动力颤振分析考虑空气弹性问题的动力稳定性。它可以分析亚音速或超音速流。系统求出一组复特征解, 提供可用五种不同的气动力理论,包括用于亚音速的Doublet Lattice理论。Strip 理论以及用于超音速的Machbox理论、Piston理论、ZONA理论等。对于稳定性分析系统提供三种不同的方法: 二种美国方法(K法, KE法)和一种英国方法(PK 法),输出包括阻尼、频率和每个颤振模态的振型。
气弹优化分析
在MSC.NASTRAN中, 气弹分析与设计灵敏度和优化功能的完美集成为气弹分析提供了更强有力的设计工具。气弹灵敏度分析主要用来确定结构响应的改变如位移、速度等对结构气动特性的影响程度。气弹优化则是依据气弹响应及灵敏度分析的数据自动地完成满足某一设计变量(如: 应力、变形、或颤振特性)的设计过程。
6.7 流-固耦合分析
流-固耦合分析主要用于解决流体(含气体)与结构之间的相互作用效应。MSC.NASTRAN中拥有多种方法求解完全的流-固耦合分析问题, 包括: 流-固耦合法、水弹性流体单元法、虚质量法。
流-固耦合法
流-固耦合法广泛用于声学和噪音控制领域中,如发动机噪声控制、汽车车厢和飞机客舱内的声场分布控制和研究等。分析过程中,利用直接法和模态法进行动力响应分析。流体假设是无旋的和可压缩的, 分析的基本控制方程是三维波方程, 二种特殊的单元可被用来描述流-固耦合边界。此外, MSC.NASTRAN新增加的(噪)声学阻滞单元和吸收单元为这一问题的分析带来了极大方便。
(噪)声学载荷由节点的压力来描述, 其可以是常量, 也可以是与频率或时间相关的函数, 还可以是声流容积、通量、流率或功率谱密度函数。由不同的结构件产品的噪声影响结果可被分别输出。
水弹性流体单元法
该方法通常用来求解具有结构界面、可压缩性及重力效应的广泛流体问题。水弹性流体单元法可用于标准的模态分析、瞬态分析、复特征值分析和频率响应分析。当流体作用于结构时, 要求必须指出耦合界面上的流体节点和相应的结构节点。自由度在结构模型中是位移和转角,而在流体模型中则是在轴对称坐标系中调和压力函数的傅利叶系数。
类似于结构分析,流体模型产生"刚度"和"质量"矩阵, 但具有不同的物理意义。载荷、约束、节点排序或自由度凝聚不能直接用于流体节点上。
虚质量法
虚质量法主要用于以下流-固耦合问题的分析：
结构沉浸在一个具有自由液面的无限或半无限液体里。
容器内盛有具有自由液面的不可压缩液体。
以上二种情况的组合, 如船在水中而舱内又装有不充满的液体。
用结构单元来描述, 这个模型可以是一边或二边被同一液体或不同液体所浸润。
忽略液面重力效应。这种近似处理对于结构频率高于液体晃动频率是有效的。该分析假设液体密度是常量(无层间变化), 流体是无旋的(无粘性),并且是稳定的(如同空气动力中一样),同时是线性的。
6.8 多级超单元分析
超单元分析是求解大型问题一种十分有效的手段,特别是当工程师打算对现有结构件做局部修改和重分析时。超单元分析主要是通过把整体结构分化成很多小的子部件来进行分析, 即将结构的特征矩阵(刚度、传导率、质量、比热、阻尼等)压缩成一组主自由度类似于子结构方法,但较其相比具有更强的功能且更易于使用。子结构可使问题表达简单、计算效率
提高、计算机的存储量降低。超单元分析则在子结构的基础上增加了重复和镜像映射和多层子结构功能, 不仅可单独运算而且可与整体模型混合使用, 结构中的非线性与线性部分分开处理可以减小非线性问题的规模。应用超单元工程师仅需对那些所关心的受影响大的超单元部分进行重新计算, 从而使分析过程更经济、更高效,避免了总体模型的修改和对整个结构的重新计算。MSC.NASTR AN优异的多级超单元分析功能在大型工程项目国际合作中得到了广泛使用, 如飞机的发动机、机头、机身、机翼、垂尾、舱门等在最终装配出厂前可由不同地区和不同国家分别进行设计和生产, 此间每一项目分包商不但可利用超单元功能独立进行各种结构分析,而且可通过数据通讯在某一地利用模态综合技术通过计算机模拟整个飞机的结构特性。
多级超单元分析是MSC.NASTRAN的主要强项之一, 适用于所有的分析类型, 如线性静力分析、刚体静力分析、正则模态分析、几何和材料非线性分析、响应谱分析、直接特征值、频率响应、瞬态响应分析、模态特征值、频率响应、瞬态响应分析、模态综合分析(混合边界方法和自由边界方法)、设计灵敏度分析、稳态、非稳态、线性、非线性传热分析等。
模态综合分析: 模态综合分析需要使用超单元,可对每个受到激励作用的超单元分别进行分析, 然后把各个结果综合起来从而获得整个结构的完整动态特性。超单元的刚度阵、质量阵和载荷阵可以从经验或计算推导而得出。结构的高阶模态先被截去,而后用静力柔度或刚度数据恢复。该分析对大型复杂的结构显得更有效(需动力学分析模块)。
6.9 高级对称分析
针对结构的对称、反对称、轴对称或循环对称等不同的特点, MSC.NASTRAN提供了不同的算法。类似超单元分析, 高级对称分析可大大压缩大型结构分析问题的规模, 提高计算效率。
对称分析
如果结构具有对称性则有限元模型的可以被减小, 进而节省计算时间。每增加一个对称面, 有限元模型就相应地减小近乎一半, 例如当结构有一个对称面时人们只要算一半模型,而当结构有两个对称面时人们只需算1/4模型就可得到整个模型的受力状况。
对称分析一般包括对称和反对称分析两种。MSC.NASTRAN可帮助工程师方便地在结构或有限元模型上施加各种对称或反对称载荷及边界条件。
轴对称分析
压力容器及其它一些类似的结构通常是由钣壳或平面绕某一轴线旋转而得到的,具有轴对称性。此时结构的位移仅仅沿着半径方向，有限元模型简化到只需要我们分析结构的一个截面就够了。轴对称分析一般适用于线性及超弹性问题的分析。
高级循环对称分析
很多结构, 包括旋转机械乃至太空中的雷达天线, 经常是一些由绕某一轴循环有序周期性排列的特定的结构件组成, 对于这类结构通常就要用循环对称或称之为旋转对称方法进行结构分析。在分析时仅需要选取特定的结构件即可获得整个组件结构的计算结果,减少计算和建模的时间。这部分结构可绕某一轴旋转生成整个结构。循环对称可分二种对称类型,即简单循环对称和循环复合对称。简单旋转对称中, 对称结构件没有平面镜像对称面且边界可以有双向弯曲曲面;复合循环对称中, 每个对称结构件具有一个平面镜像对称面,且对称结构件之间的边界是平面。循环对称分析通常可解决线性静力、模态、屈曲及频率响应分析等问题。
编辑本段7 设计灵敏度及优化分析
7.1NASTRAN的拓扑优化简介
设计优化是为满足特定优选目标如最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪声级等等的
综合设计过程。这些优选目标称之为设计目标或目标函数。优化实际上含有折衷的含义,例如结构设计的更轻就要用更少的材料, 但这样一来结构就会变得脆弱, 因此就要限制结构件在最大许用应力下或最小失稳载荷下等的外形及尺寸厚度。类似地, 如果要保证结构的安全性就要在一些关键区域增加材料, 但同时也意味着结构会加重。最大或最小许用极限限定被称之为约束。
设计变量是一组在设计过程中为产生一个优化设计可不断改变的参数。MSC.NASTRAN中的设计变量包含形状和尺寸两大部分。形状设计变量(如边长、半径等)直接与几何形状有关, 在设计过程中可改变结构的外形尺寸;尺寸设计变量(如板厚、凸缘、腹板等)则一般不与几何形状直接发生关系, 也不影响结构的外形尺寸。设计优化意味着有在满足约束的前提下产生最佳设计的可能性。MSC.NASTRAN拥有强大、高效的设计优化能力, 其优化过程由设计灵敏度分析及优化两大部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤振分析进行优化。有效的优化算法允许在大模型中存在上百个设计变量和响应。
除了具有这种用于结构优化和零部件详细设计过程的形状和尺寸优化设计的能力外, MSC. NASTRAN的70.5版又集成了适于产品概念设计阶段的拓扑优化功能,以最小平均柔度或指定阶数的最大特征频率、计算频率与指定频率的最小频率差为目标函数, 在一定体积约束下, 寻找最优的孔洞尺寸和壳体或实体单元的方向厚度, 可用于静力和模态分析的拓扑形状优化。MSC.NASTRAN所集成的从概念设计的拓扑优化到详细设计的形状和尺寸优化的统一环境, 为产品设计提供了完整的优化设计功能。
7.2 设计灵敏度分析
设计灵敏度分析是优化设计的重要一环, 可成倍地提高优化效率。这一过程通常可计算出结构响应值对于各设计变量的导数, 以确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分, 帮助设计工程师获得其最关心的灵敏度系数和最佳的设计参数。灵敏度响应量可以是位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、声压、频率等, 也可以是各响应量的混合。设计变量可取任何单元的属性如厚度、形状尺寸、面积、二次惯性矩或节点坐标等。在灵敏度分析的基础上, 设计优化可以快速地给出最优的设计变量值。
MSC.NASTRAN V70中增加的新功能, 采用共轭灵敏度分析代替直接的灵敏度分析, 使解决诸如几十万个以上自由度, 几百个参与频率, 并考虑上百个设计变量的多种工况组合的动力响应优化成为现实。
7.3 设计优化分析
设计优化分析允许不限数量的设计变量和用户自定义的目标函数、约束和响应方程, 除了输入大家所熟知的"分析模型"之外,还需要输入"设计模型"。设计模型是一个用设计变量和结构响应值以数学方式来描述的一个优化问题不仅与分析模型有关, 并且也与这个分析模型的结构响应有关。先依用户提供的初始设计开始进行结构分析,获得结构响应(如应力、位移、固有频率等)后, 确定设计变量对结构响应的灵敏度,这些灵敏度数据被送入一个数值优化求解过程以得到一个改进了的设计。在这个新设计的基础上, 修改分析模型开始一个新的迭代优化循环过程直到满足优化设计要求。MSC.NASTRAN V70中设计优化分析允许无用的工况, 使优化过程效率更改。
MSC.NASTRAN的优化功能几经重大改进并实现了形状优化, 成为强大的多物理过程的优化工具。优化涉及多种分析类型如: 静力优化、特征值优化、屈曲优化、直接/模态频率优化、气弹和颤振优化、声学(噪声)优化、超单元优化分析等。除此之外, 用户还可根据自己的设计要求和优化目标, 在软件中方便地写入自编的公式或程序进行优化设计。
7.4 拓扑优化分析
拓扑优化是与参数化形状优化或尺寸优化不同的非参数化形状优化方法。在产品概念设
计阶段, 为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计方案。MSC.NASTRAN现有的拓扑优化能够完成静力和正则模态分析。拓扑优化采用Homogenizaion 方法, 以孔尺寸和单元方向为设计变量, 在满足结构设计区域的剩余体积（质量）比的约束条件下,对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度, 在模态分析中, 满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差。目前的拓扑优化设计单元为一阶壳元和实体单元。集成在MSC.NASTRAN中的拓扑优化, 通过特殊的DMAP工具,建立了新的拓扑优化求解序列。在MSC.PA TRAN中专门的拓扑优化preference, 支持拓扑优化建模和结果后处理。
利用MSC.NASTRAN高级单元技术和静力分析, 模态分析的有效解法, 可以非常有效地求解大规模的拓扑优化模型。(另需MSC的Optishape或Construct软件)
8 复合材料分析
在MSC.NASTRAN中具有很强的复合材料分析功能, 并有多种可应用的单元供用户选择。借助于MSC.PATRAN, 可方便地定义如下种类的复合材料, 层合复合材料, 编织复合材料（Rule-of-Mixtures）,Halpin-Tsai连续纤维复合材料, Halpin-Tsai不连续纤维复合材料, Halpin-Tsai连续带状复合材料, Halpin-Tsai不连续带状复合材料, Halpin-Tsai粒状复合材料, 一维短纤维复合材料和二维短纤维复合材料。所有这些维短纤维复合材料, 除层合复合材料外, 在MSC.NASTRAN中均等效为均质各向同性弹性材料。判辨复合材料失效准则包括: Hill理论、Hoffman理论、Tsai-Wu理论和最大应变理论。MSC.NASTRAN的复合材料分析适于所有的分析类型。
编辑本段9 P-单元及H、P、H-P自适应
早在1986年MSC公司就开发出了P单元算法, 命名为MSC.PROBE,历经十多年的应用和改进而完善,该算法正逐步移入MSC.NASTRAN中。H-法是我们在以往有限元分析中经常使用的算法, 其特点是适用于大多数分析类型, 对于高应力区往往要通过网格的不断加密细化来满足分析精度。与H-法相比, P-单元算法则是通过提高单元阶次减少高应力区的单元划分数量, P法是通过减少单元划分数量提高形函数的阶次来保证求解精度。P法网格划分的规模一般仅相当于H-法的1/10或更小, 且对形状极不规则的模型仍能给出精确解。在MSC.NASTRAN中, P-单元的阶次可9 阶、3个方向不同的阶次, 并允许同一模型中H-法与P-法混合使用而不存在单元相溶性问题。此外, 根据用户定义的误差容限, MSC.NASTRAN的P自适应算法可通过应力不连续、能量密度和残余应力估计分析中的误差, 自动地调整形函数阶次进行计算直到满足误差精度为止。
编辑本段10 NASTRAN的高级求解方法
MSC.NASTRAN能有效地求解大模型, 其稀疏矩阵算法速度快而且占用磁盘空间少, 内节点自动排序以减小半带宽, 再启动能利用以前计算的结果。
并行计算以及线性静力, 正则模态分析, 模态及直接频率响应分析的分布式并行计算极大地提高分析速度, 复特征值问题速度提高3倍以上, 虚拟质量计算速度提高2倍以上, 静力气弹分析（SOL 144）速度提高30%以上。
编辑本段11 NASTRAN的单元库
针对实际工程应用, MSC.NASTRAN中开发了有近70余种单元独特的单元库。MSC.NASTRAN采用MSC自行开发的"单元派生技术", 可根据解题问题的需要通过变换单元缺省参数获得。较拥有100多种单元的其它有限元分析软件相比更多、更灵活、更高效的分析单元, 所有这些单元可满足MSC.NASTRAN各种分析功能的需要, 且保证求解的高精度和高可靠性。这意味着一旦模型建好了, MSC.NASTRAN就可毫无困难地用于不同类型的分析, 如动力学、非线性分析、灵敏度分析、热分析等等。而当分析类型改变时,也仅仅需要很少的一些参数修改。此外,MSC.NASTRAN的新版本中还增加了更为完善的梁单元库, 同时新的基于P单元技术的界面单元的引入, 可有效地处理网格划分的不连续性
(如实体单元与板壳单元的连接), 并自动地进行MPC约束。MSC.NASTRAN的RSSCON连接单元可将壳-实体自动连接, 使组合结构的建模更加方便。
编辑本段12 用户化开发工具DMAP语言
作为开放式体系结构MSC.NASTRAN的开发工具DMAP语言(Direct Matrix Abstraction Program)有着30多年的应用历史,它不同于其它软件所用的宏命令语言可深入MSC.NASTRAN的内核。一个DMAP模块可由成千上万个FORTRAN子程序组成, 并采用高效的方法来处理矩阵。实际上MSC.NASTRAN是由一系列DMAP子程序顺序执行来完成的。DMAP能帮助用户改变或直接产生新的求解序列,通过矩阵的合并、分离、增加、删除、或将矩阵输出到有限元后处理、机构分析、测试相关性等一些外部程序中,DMAP 还允许在MSC.NASTRAN中直接执行外部程序。另外,用户还可利用DMAP编写用户化程序, 操作数据库流程。DMAP语言特点如下：
中间矩阵的操作：
加(ADD),减(SUBTRACT),乘(MULTIPL Y)和转置(TRABNSPOSE)
联立方程的求解(矩阵分解和前--后迭代)
矩阵合并和分块
征值计算
输出供外部程序使用的矩阵
有限元后处理器
运动学程序
试验-分析校正程序
用DMAP 写用户自己的求解序列
矩阵运算
数据库操作
存入数据库
数据库读取
过结构化程序的数据流
条件语句IF-THEN-ELSE
条件语句转移和需循环
强MSC提供的DMAP成序功能
耦合动态分析
试验-分析的特征向量的正交性检查
旋桨转动分析( Propeller whirl analysis )
依赖于频率的阻抗( impedance )
动力模型检查
旋转结构的分析( 包括陀螺效应)
船上设备的动力学分析方法(DDAM)
校正错误
由于求解序列是由一系列的DMAP指令所写, 所以一些错误可以通过利用MSC 提供的当前错误列表修改DMAP指令写的求解序列来得到校正。
有限元分析软件比较分析
有限元分析软件 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50 年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS 在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC 进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA 以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS 软件与ANSYS 软件的对比分析： 1．在世界范围内的知名度：两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。由于ANSYS 产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS 的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS 软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域：ANSYS 软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS 则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。 3．性价比：ANSYS 软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的
(完整word版)有限元分析软件的比较
有限元分析软件的比较（购买必看）－转贴 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造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备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预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；分析涡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控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element A nalysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。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，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代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。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托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。该系统发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，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、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PA FEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、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
各种有限元分析软件比较
各种有限元分析软件比较 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用，越来越的有限元分析也不断被开发出来，当我们在做有限元分析时，我们该选择什么样的软件？或者我们该学习什么软件？成了大多数人困惑的问题。看板网根据自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各种有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。 有限元分析常用软件 国外软件 大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA,Proe等都是比较强大的。 国内软件 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX,KMAS等。 当然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1.模流分析；2.结构强度分析；3.电磁场分析；4.谐响应分析（比如查找共振频率）；5. 铸造分析。等等 ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 workbench是一个综合性的有限元分析软件，几乎囊括了所有有限元分析领域，传统的优势领域有强度分析、谐响应分析和电磁分析。workbench是ansys
各大CAE软件特点比较
有限元分析软件比较 有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。 ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS 专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA 是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS软件与ANSYS软件的对比分析 1．在世界范围内的知名度： 两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。 由于ANSYS产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域： ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次
(完整)各种有限元分析软件比较
(完整)各种有限元分析软件比较 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)各种有限元分析软件比较）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)各种有限元分析软件比较的全部内容。
各种有限元分析软件比较 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统. 有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用,越来越的有限元分析也不断被开发出来，当我们在做有限元分析时,我们该选择什么样的软件？或者我们该学习什么软件?成了大多数人困惑的问题。看板网根据自己超过十年的有限元分析项目经验和培训经验，对各种有限元分析软件进行了一些比较，希望大家在选择时能够大家做参考。 有限元分析常用软件 国外软件 大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。还有三维结构设计方面的UG,CATIA，Proe等都是比较强大的。 国内软件 国产有限元软件：FEPG,SciFEA,JiFEX，KMAS等。 当然首先要明确你要用这个软件进行什么分析，一般会用到有限元分析的地方有：1。模流分析；2.结构强度分析;3。电磁场分析；4。谐响应分析（比如查找共振频率）；5。铸造分析。等等 ANSYS是商业化比较早的一个软件,目前公司收购了很多其他软件在旗下.ABAQUS 专注结构分析目前没有流体模块.MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。
有限元软件介绍和比较
有限元软件介绍和比较 一、msc/patran+nastran, ansys, abaqus 三者的比较 俺最喜欢的是msc/patran+nastran，因为当年国内飞机公司最先引进的就是nastran，其菜单式的操作，比用手写有限元程序，爽多了！！特别是建立飞机这类巨大型结构，可以说，只有patran的建模最强！！（有人在仿真说abaqus能建整个飞机模型，哈哈，吹牛不上税，就凭其目前功能，要花一百年！！） 另外，msc财大气粗，其教程是手把手式，航空上最常用的有限元分析，都有现成的例题，step by step，傻瓜都会很快地入门！！由于其广泛应用于航空航天/汽车工业，所以，至今为止，如果要学CAE软件，俺认为应首选msc/patran+nastran。 与patran+nastran相比，ansys的界面就低了一些，操作也没有patran舒服。不过，差别不是很大。ansys据俺的体会，唯一的强项就是多场耦合。其他的功能， msc/patran+nastran都有。不过，ansys的apdl语言比较高级，是其最大优势，或者说，msc 应向这一方向发展！！不过，apdl最开始学也很费事，得一条一条查，一条一条记，这个过程没有两三个月下不来。由此，ansys的清爽度比msc差一些。 abaqus，如果自己用手编写过有限元程序的，入门应该不难。其命令格式，跟自己用手编程序一个套路。abaqus的强项是其分析功能很全面，特别是非线性部分，基本上都包含了。abaqus最大的缺点是上手慢，其教程太差，除了几本手册，基本上等于没有教程。要学abaqus，其时间要比msc, ansys长多了！！现在看，学abaqus实在没什么省时间的方法（比如它的 training lecture，一本250$，买来一看，气晕俺，还没手册说得详细！！），所以唯一的笨方法就是要看手册啦。(如果说msc是windows点鼠标时代的水平，abaqus就是敲dos命令的原始时代。不过，如果愣要用非线性分析，而nastran/ansys都没用，也只能用abaqus了。估计几年后，其CAE应能发展patran的水平，其教程应有step by step的水平。否则，为了一个非线性，多花数倍的时间，实在不爽！！或者说，花一辈子时间，才会用其中一部分功能，真可谓生也有涯，学也无涯，以有涯学无涯，不如不学算了！！ 二、MSC.PATRAN和ANSYS比较 MSC.PATRAN最早由美国宇航局(NASA)倡导开发的, 是工业领域最著名的并行框架式有限元前后处理及分析系统，其开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整 CAE集成环境。 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Algor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。 在建立复杂模型上ANSYS不如PATRAN，但PATRAN很繁琐。ANSYS比较适合于教学和科研，但ANSYS的求解效率确实不如NASTRAN。所以NASTRAN比较适合于工程。比较如下： 1、PATRAN界面层次分明，建模思路清晰；ANSYS界面菜单重叠、繁杂、互相覆盖，建模思路交替杂乱，条理不清。 2、PATRAN在一个界面内完成所有的同类模型（Geo. Fem BC. Mat. Prop.等各自为一类）操作。而ANSYS要重复打开和关闭多个相互重叠覆盖的界面，才能完成一个特征的创建和参数的输入等操作，非常烦琐。 3、PATRAN将计算任务提交给NASTRAN在后台运算后，在前台PATRAN仍然可以进行各种建模操作。而ANSYS提交了计算任务后，就不能再使用其前后处理功能。ANSYS的使用效率就大大地降低。
有限元分析软件及应用
3.5 ANSYS软件加载、求解、后处理技术 3.5.1 ANSYS 3.5.1 ANSYS 荷载概述荷载概述 在这一节中将讨论: 有限元分析软件及应用 8 有限元分析软件及应用 8 A. 载荷分类 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 3.5 ANSYS 软件加载、求解、后处理技术 B. 加载 C. 节点坐标系 D. 校验载荷 孙瑛 孙瑛 E. 删除载荷 哈哈尔尔滨滨工工业业大学空大学空间结间结构研构研究中心究中心 2010秋 2010秋 SSRC SSRC 1/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
理技术 A. 载荷分类 B. 加载 A. 载荷分类 B. 加载 ANSYS中的载荷可分为: 可在实体模型或 FEA 模型节点和单元上加载自由度DOF - 定义节点的自由度( DOF )值结构分析_ 沿单元边界均布的压力 沿线均布的压力 位移集中载荷 - 点载荷结构分析_力面载荷 - 作用在表面的分布载荷结构分析_压力 在关键点处 在节点处约 约束体积载荷 - 作用在体积或场域内热分析_ 体积膨胀、内生 束 成热、电磁分析_ magnetic current density等实体模型 FEA 模型惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷重力、角速度等 在关键点加集中力在节点加集中力 SSR SSRC C SSR SSRC C 2/ 76 3/ 76 S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A S Space pace S Stru truc ctu ture re R Res esear earc ch h C Center enter, H , HI IT, T, CH CHIN INA A
有限元分析软件ANSYS命令流中文说明4 4
有限元分析软件ANSYS命令流中文 说明4 4 有限元分析软件ANSYS命令流中文说明4/42010-05-23 21：151设置分析类型 ANTYPE，Antype,status,ldstep,action 其中antype表示分析类型 STATIC：静态分析 MODAL：模态分析 TRANS：瞬态分析 SPECTR：谱分析 2 KBC，KEY 制定载荷为阶跃载荷还是递增载荷 EKY=0递增方式 KEY=1阶跃方式 3 SOLVE开始一个求解运算 4 LSSOLVE读入并求解多个载荷步 5 TIME，time设置求解时间 有时在分析中需要进入后处理，然后在保持进入后处理之前的状态的情况下接着算下去，可以使用以下的方法： PARSAV,ALL,PAR,TXT
！PARSAV命令是储存ANSYS的参数，ALL代表所有参数，PAR是文件名，TXT是扩展名 /SOLU ANTYPE,REST,CruStep-1,,CONTINUE ！ANTYPE是定义分析类型的命令，REST代表重启动，CruStep代表本载荷步的编号 PARRES,NEW,PAR,TXT ！PARRES是恢复参数的命令，NEW表示参数是以刷新状态恢复，PAR和TXT 代表了储存了参数的文件名和扩展名 如果有单元生死的问题，可以这样处理： ALLSEL,ALL *GET,E_SUM_MAX,ELEM,NUM,MAX！得到单元的最大编号，即单元的总数 ESEL,S,LIVE！选中"生"的单元 *GET,E_SUM_AL,ELEM,COUNT *DIM,E_POT_AL,E_SUM_MAX！单元选择的指示 *DIM,E_NUM_AL,E_SUM_AL！单元编号的数组 J=0 ！读出所选单元号 *DO,I,1,E_SUM_MAX *VGET,E_POT_AL(I),ELEM,I,ESEL ！对所有单元做循环，被选中的单元标志为"1" *IF,E_POT_AL(I),EQ,1,THEN J=J+1 E_NUM_AL(J)=I
基于ANSYS的有限元分析
有限元大作业 基于ansys的有限元分析 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 完成日期：
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design）软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo,NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD 等。是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。 2D Bracket 问题描述: We will model the bracket as a solid 8 node plane stress element. 1.Geometry: The thickness of the bracket is 3.125 mm 2.Material: steel with modulus of elasticity E=200 GPa. 3.Boundary conditions: The bracket is fixed at its left edge. 4.Loading: The bracket is loaded uniformly along its top surface. The load is 2625 N/m. 5.Objective: a.Plot deformed shape b.Determine the principal stress and the von Mises stress. (Use the stress plots to determine these) c.Remodel the bracket without the fillet at the corner or change the fillet radius to 0.012 and 0.006m, and see how d.principal stress and von Mises stress chang e.
主流CAE有限元分析软件的比较
随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造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备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预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；分析涡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控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。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，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA 在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20世纪在50年代末、60年代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。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托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。该系统发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，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、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、COSMOS、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.DYTR AN程序。该程序在是在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——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.DYTR AN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
有限元分析软件ANSYS简介
有限元分析软件ANSYS简介 1、ANSYS程序自身有着较为强大三维建模能力，仅靠ANSYS的GUI(图形界面)就可建立各种复杂的几何模型;此外，ANSYS还提供较为灵活的图形接口及数据接口。因而，利用这些功能，可以实现不同分析软件之间的模型转换。“上海二十一世纪中心大厦”整体分析曾经由日本某公司采用美国ETABS软件计算，利用他们已经建好的模型，读入ANSYS并运行之，可得到计算结果，从而节省较多的工作量。 2、ANSYS功能 (1)结构分析静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为，例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作响应谱或 PSD).谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法. (2)ANSYS热分析热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能:相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等)三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射) (3)ANSYS电磁分析磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等.静磁场分析 - 计算直流电(DC)
(完整版)国内外主要有限元分析软件比较
有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。 常见软件 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。 软件对比 ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS 流体分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS 耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS 性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC ABAQUS软件与ANSYS软件的对比分析 1．在世界范围内的知名度 两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS 软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。 由于ANSYS产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。 2．应用领域
有限元分析软件优势对比
几款常用有限元软件的比较 (2013-03-08 16:12:16) 转载▼ 分类：CAE 标签： ansys 经常有朋友问到常用几款有限元软件的优劣问题，笔者也很关注，也用过一些常用软件，下面首先转发网上一些朋友对于常用有限元软件的评价，最后表明自己的观点。 下面是网上一些朋友的评价。 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。以下为对这些常用的软件进行的比较和评价： LSTC公司的LS-DYNA系列软件。 LSDYNA长于冲击、接触等非线性动力分析。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。虽然该软件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，但实际上它在爆炸冲击方面，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。 MSC.software公司的DYTRAN软件 在同类软件中，DYTRAN在高度非线性、流固耦合方面有独特之处。MSC.DYTRAN程序是在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发展而来的。但是，由于MSC.DYTRAN是一个混合物，在继承了 LS-DYNA3D与PISCES优点的同时，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差，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。 HKS公司的ABAQUS软件 ABAQUS是一套先进的通用有限元系统，属于高端CAE软件。它长于非线性有限元分析,可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大的复杂问题和模拟高度非线性问题。ABAQUS不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究，其系统级分析的特点相对于其他分析软件来说是独一无二的。需要指出的是，ABAQUS对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRAN和LS-DYNA3D。 ADINA ADINA是近年来发展最快的有限元软件，它独创有许多特殊解法, 如劲度稳定法(Stiffness Stabilization),自动步进法(Automatic Time Stepping),外力-变位同步控制法(Load-Displacement Control)以及BFGS梯度矩阵更新法,使得复杂的非线性问题(如接触,
有限元软件比较
有限元分析软件的比较 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造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备。这一切 都要求工程师在设计阶段就能精确地预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；分析涡轮 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 的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技 术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。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，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开 有限元分析计算，FEA在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。国际上早20 世纪在50年代末、60年代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。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托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。该系统发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，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低
CAE--各种软件对比分析整理
全教程包括两大部分，共分9 章；第一部分为有限元分析基本原理，包括第1 章至第5章，内容有：绪论、有限元分析过程的概要、杆梁结构分析的有限元方法、连续体结构分析的有限元方法、有限元分析中的若干问题讨论；第二部分为有限元分析的典型应用领域，包括第6 章至第9章，内容有：静力结构的有限元分析、结构振动的有限元分析、传热过程的有限元分析、弹塑性材料的有限元分析。本书以基本变量、基本方程、求解原理、单元构建、典型例题、MATLAB 程序及算例、ANSYS 算例等一系列规范性方式来描述有限元分析的力学原理、程序编制以及实例应用；给出的典型实例都详细提供有完整的数学推演过程以及ANSYS 实现过程。 领域分： 企业里做非线性的大变形的一般用Abaqus 、动力的一般用LS-Dyna；汽车行业（线性问题较多）一般Nastran用的比较多，而且现在有限元分析有时候也不仅仅使用一个软件，比如建模可能用专门的建模软件Catia啊、前处理用Hypermesh 啊、然后在导入有限元软件里利用不同的求解器去求解，至于这些软件电驴上都会找到的。 实际情况分：CAE软件选择： 简单的分析，UG，Pro-E，Catia都是可以的。要是复杂分析的话看你应用的场合了。固体分析的话就是ansys和abaqus，如果是强非线性过程的话那就首选abaqus。 流固耦合问题是adina和abaqus flunt。电场分析推荐ansys。这些软件都不太好学，如果你要用abaqus的话建议去买石益平的书，都很不错的。 结论： 建模(solidworks/catia)-------前处理（hepermesh/ANSA）------CAE分析（ABAQUS）--------后处理（hypermesh/ANSA） ABAQUS在非线性方面处理能力是全球公认的，至于为什么他的建模强大，是因为他被法国达索公司收购了，目前是达索旗下的simulia产品，达索就是著名的SolidWorks和CATIA软件的生产商，所以前处理肯定是做的最好的。不过用通用
大型有限元分析软件ANSYS的特点
大型有限元分析软件ANSYS的特点 王友海 颜慧军 胡长胜 ANSY S程序是美国ANSY S公司研制的大型有限元分析(FE A)软件,自1970年John S wans on博士洞察到计算机模拟工程应该商品化,创建了AN2 SY S公司以来,ANSY S程序已发展成为全球范围一个多用途的设计分析软件。 ANSY S程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包。与其它有限元分析软件如S AP或NAS2 TRAN等相比,它有以下特点:(1)ANSY S是完全的WI NDOWS程序,从而使应用更加方便;(2)产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成,因而能满足各行各业的工程需要;(3)它不仅可以进行线性分析,还可以进行各类非线性分析; (4)它是一个综合的多物理场耦合分析软件,用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究,还可以进行这些分析的相互影响研究,例如:热—结构耦合,磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合等。本文将以ANSY S/Structural (结构)模块为例,详细研究该软件的功能及特点。 1 结构静、动力分析 111 结构静力分析 ANSY S程序中结构静力分析,用来求解外载荷引起的位移、应力、和力。静力分析适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题。ANSY S程序中静力分析同样能包括非线性,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等。有关非线性内容后面将详细叙述。 112 结构动力分析 结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。ANSY S程序可以求解下列类型的动力分析问题:瞬态动力、模态、谐波响应及随机振动。11211 瞬态分析 瞬态分析(也称时间—历程分析)用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应。ANSY S求解瞬态动力问题有三种方法:全瞬态动力分析方法,凝聚法和模态叠加法。 11212 模态分析 图1 皮带轮模态分析 (虚线表示未变形形态) 当需要结构的自然频率时,模态分析是很有用的(图1)。模态分析用于抽取结构的自然频率和振型,结构的基本模态和频率信息能有助于归结动力响应特征,该分析结果也有助于确定用于后继瞬态动力分析的模态数目和积分时间步长。ANSY S 程序允许作预应力模态分析及在大变形分析后作模态分析。 11213 谐波响应分析 谐波响应分析用于求解非线性结构承受正弦变化载荷的响应。该分析用于研究随时间谐波变化的载荷的影响,如房屋、支座、旋转机构底座。11214 响应谱分析 响应谱分析可用于求解冲击载荷条件下的结构响应,该分析类型使用模态分析的结果,再加上已知的响应谱数据,计算每一个固有频率点在结构中发生的真实位移和应力,典型的响应谱分析应用是地震分析,它用于研究地震对管道系统、塔和桥梁 92 专题综述 建筑机械 2000 (9)
有限元软件应用范围及发展趋势
有限元软件应用范围及发展趋势 学号： 姓名： 学号： 2009年10月
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。 对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。有限元求解问题的基本步骤通常为： 第一步：问题及求解域定义：根据实际问题近似确定求解域的物理性质和几何区域。 第二步：求解域离散化：将求解域近似为具有不同有限大小和形状且彼此相连的有限个单元组成的离散域，习惯上称为有限元网络划分。显然单元越小（网络越细）则离散域的近似程度越好，计算结果也越精确，但计算量及误差都将增大，因此求解域的离散化是有限元法的核心技术之一。 第三步：确定状态变量及控制方法：一个具体的物理问题通常可以用一组包含问题状态变量边界条件的微分方程式表示，为适合有限元求解，通常将微分方程化为等价的泛函形式。第四步：单元推导：对单元构造一个适合的近似解，即推导有限单元的列式，其中包括选择合理的单元坐标系，建立单元试函数，以某种方法给出单元各状态变量的离散关系，从而形成单元矩阵（结构力学中称刚度阵或柔度阵）。 为保证问题求解的收敛性，单元推导有许多原则要遵循。对工程应用而言，重要的是应注意每一种单元的解题性能与约束。例如，单元形状应以规则为好，畸形时不仅精度低，而且有缺秩的危险，将导致无法求解。 第五步：总装求解：将单元总装形成离散域的总矩阵方程（联合方程组），反映对近似求解域的离散域的要求，即单元函数的连续性要满足一定的连续条件。总装是在相邻单元结点进行，状态变量及其导数（可能的话）连续性建立在结点处。 第六步：联立方程组求解和结果解释：有限元法最终导致联立方程组。联立方程组的求解可用直接法、选代法和随机法。求解结果是单元结点处状态变量的近似值。对于计算结果的质量，将通过与设计准则提供的允许值比较来评价并确定是否需要重复计算。