有限元分析軟件對比情況

常見軟件

有限元分析軟件目前最流行的有:ANSYS、ABAQUS、MSC,Altair及ADINA公司五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(yè)內(nèi)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(nèi)知名度高應(yīng)用廣泛(其實最早的應(yīng)該是ansys,所以在我國用ansys人真不少,好多老師剛開始教給學(xué)生的有限元軟件也是ansys)。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行迭代分析,唯一能做到真正流固耦合的軟件只有ADINA(需要更正的是COMSOL Multiphysics最近幾年火起來了,而且AIDINA只能做結(jié)構(gòu),熱和流體方面的耦合分析)。而Altair公司好像更多時間放在各種軟件接口和數(shù)據(jù)輸出上,自己求解器一直都沒什么特色,但結(jié)構(gòu)六面體網(wǎng)格劃分和操作界面真的是其他有限元軟件望為觀止(歡迎大家拍磚,但真的,用些時候后你會發(fā)現(xiàn)就會喜歡上這個軟件了,但有點就是軟件越來越多了,反而求解器沒什么長進)

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(現(xiàn)在有了,從6.12版本開始的,現(xiàn)在最新版本是6.14.1,很多吸引人地方)。MSC是比較老的一款軟件目前更新速度比較慢(現(xiàn)在也是一年一個版本,一年有三個小版本)。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,功能強大但進入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開(順便說一句,adina安裝軟件包一般很小)。

  結(jié)構(gòu)分析能力排名:1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS

  流體分析能力排名:1、ANSYS(fluent與cfx都是下面的主打產(chǎn)品+ICEM CFD流體劃分網(wǎng)格)、ADINA、MSC、ABAQUS(從12.3就是開始有流體模塊了)

  耦合分析能力排名:1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS

  性價比排名:最好的是ADINA,其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC(航天和船舶最常用的,尤其是nastran求解器,你們想會便宜嗎?)

ABAQUS軟件與ANSYS軟件的對比分析

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,它在計算機資源的利用,用戶界面開發(fā)等方面也做出了較大的貢獻。ABAQUS軟件則致力于更復(fù)雜和深入的工程問題,其強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可。

  由于ANSYS產(chǎn)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(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(我都不知道從5.0到現(xiàn)在15.0,經(jīng)典界面還是那樣,也許人家說經(jīng)典就是美,就像AutoCAD一樣,但用了別的有限元軟件后覺得ansys使用起來特不順手,但人家說了命令流就是ansys最大的特色)。

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)域的深層次實際問題。

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。但在實際工程中,非線性是比線性遠為普遍的自然現(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(jīng)濟性也是非常突出的。

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。

5. 人機交互界面

  ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近開發(fā)的軟件運行平臺,他汲取了同類軟件和CAD軟件的優(yōu)點,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:

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

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

  l 鑒于接觸問題在實際工程中的普遍性,單獨設(shè)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。

  l 采用了參數(shù)化建模方法,為實際工程結(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。

6. 綜合性能對比

  綜合起來,ABAQUS軟件具有:

  l 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(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、接頭以及纖維加強結(jié)構(gòu)等實際結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為

  l 更多的材料模型,包括材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準則等,僅橡膠材料模型就達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

ANSYS軟件與ABAQUS、ADINA的對比分析

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;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. 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)域也是相當廣泛。

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。

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。

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(tǒng),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。

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(shù),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(shù)據(jù)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。

7.網(wǎng)格劃分

  三種軟件都提供多種網(wǎng)格劃分器,可以進行復(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。

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。

  

分析軟件的比較NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC

COSMOS官方稱為“設(shè)計校驗”,意思是偏重對設(shè)計缺陷的檢驗。實際操作起來,參數(shù)設(shè)定環(huán)境的加載都更傾向于模擬現(xiàn)實情況。而網(wǎng)絡(luò)劃分、幾何修正等環(huán)節(jié)基本上是可以讓它自動完成的。當然也可以更改

而ansys則是一款老牌的CAE軟件,工程分析。更偏向于專業(yè)的工程應(yīng)用,需要獲得精確的分析結(jié)果。操作起來也十分專業(yè),包括網(wǎng)絡(luò)劃分,幾何修正、幾何體的物理模型等都給與使用者更多的選擇,以便達到更加精確的效果。

所以總的說來,COSMOS更適合設(shè)計人員使用,來初步檢驗設(shè)計缺陷。而Ansys則更加偏重專業(yè)分析人員來做工程分析。

各種流行軟件比較:
    目前流行的CAE分析軟件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、MAGSOFT、COSMOS等。以下為對這些常用的軟件進行的比較和評價:

1.  LSTC公司的LS-DYNA系列軟件   LSDYNA長于沖擊、接觸等非線性動力分析。LS-DYNA是一個通用顯式非線性動力分析有限元程序,最初是1976年在美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Lab.)由J.O.Hallquist 主持開發(fā)完成的,主要目的是為核武器的彈頭設(shè)計提供分析工具,后經(jīng)多次擴充和改進,計算功能更為強大。雖然該軟件聲稱可以求解各種三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞、爆炸和金屬成型等接觸非線性、沖擊載荷非線性和材料非線性問題,但實際上它在爆炸沖擊方面,功能相對較弱,其歐拉混合單元中目前最多只能容許三種物質(zhì),邊界處理很粗糙,在拉格朗日——歐拉結(jié)合方面不如DYTRAN靈活。
        2. MSC.software公司的DYTRAN軟件 在同類軟件中,DYTRAN在高度非線性、流固耦合方面有獨特之處。MSC.DYTRAN程序是在LS-DYNA3D的框架下,在程序中增加荷蘭PISCES INTERNATIONAL公司開發(fā)的PICSES的高級流體動力學(xué)和流體結(jié)構(gòu)相互作用功能,還在PISCES的歐拉模式算法基礎(chǔ)上,開發(fā)了物質(zhì)流動算法和流固耦合算法發(fā)展而來的。但是,由于MSC.DYTRAN是一個混合物,在繼承了LS-DYNA3D與PISCES優(yōu)點的同時,也繼承了其不足。首先,材料模型不豐富,對于巖土類處理尤其差,雖然提供了用戶材料模型接口,但由于程序本身的缺陷,難于將反映材料特性的模型加上去;其次,沒有二維計算功能,軸對稱問題也只能按三維問題處理,使計算量大幅度增加;在處理沖擊問題的接觸算法上遠不如當前版的LS-DYNA3D全面。

3. HKS公司的ABAQUS軟件(現(xiàn)在為達索公司收購,子公司為SIMULIA公司)

    ABAQUS是一套先進的通用有限元系統(tǒng),屬于高端CAE軟件。它長于非線性有限元分析,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng),特別是能夠駕馭非常龐大的復(fù)雜問題和模擬高度非線性問題。ABAQUS不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場的分析,同時還可以做系統(tǒng)級的分析和研究,其系統(tǒng)級分析的特點相對于其他分析軟件來說是獨一無二的。需要指出的是,ABAQUS對爆炸與沖擊過程的模擬相對不如DYTRAN和LS-DYNA3D。

4. ADINA  ADINA是近年來發(fā)展最快的有限元軟件,它獨創(chuàng)有許多特殊解法, 如勁度穩(wěn)定法(Stiffness Stabilization),自動步進法(Automatic Time Stepping),外力-變位同步控制法(Load-Displacement Control)以及BFGS梯度矩陣更新法,使得復(fù)雜的非線性問題(如接觸,塑性及破壞等), 具有快速且?guī)缀踅^對收斂的特性, 且程式具有穩(wěn)定的自動參數(shù)計算,用戶無需頭痛于調(diào)整各項參數(shù)。另外值得一提的就是它有源代碼,我們可以對程序進行改造,滿足特殊的需求。
        5.NASTRAN   NASTRAN是大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件,也是全球CAE工業(yè)標準的原代碼程序。NASTRAN系統(tǒng)長于線性有限元分析和動力計算,因為和NASA(美國國家宇航局)特殊關(guān)系,它在航空航天領(lǐng)域有著崇高的地位。NASTRAN的求解器效率比ANSYS高一些。
        6. ANSYS
    ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件,發(fā)展了很多版本,但是它們核心的計算部分變化不大,只是模塊越來越多,這些模塊并不是ANSYS公司自己搞的,而是把別人的東西買來集成到自己的環(huán)境里。ANSYS系統(tǒng)擅長于多物理場和非線性問題的有限元分析,在鐵道,建筑和壓力容器方面應(yīng)用較多。
        7. Algor(現(xiàn)更名為Autodesk Simulation)
    ALGOR屬于中高檔CAE分析軟件,在汽車,電子, 航空航天,醫(yī)學(xué),日用品生產(chǎn),軍事,電力系統(tǒng),石油,大型建筑以及微電子機械系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域中均有廣泛應(yīng)用。它最大的特點是易學(xué)易用,界面友好,操作簡單,這可以極大提高軟件應(yīng)用者在工程實際中的效率。
        8. COSMOS
   Cosmos相對影響比較小,但Cosmos的最大特點是運算速度快,這是其他軟件所不能比擬的。Cosmos的研發(fā)者將保證收斂的迭代法--又稱做快速有限元法導(dǎo)入COSMOS的產(chǎn)品之中,使新的有限元分析軟件對磁盤空間上的要求大幅降低,占用計算機系統(tǒng)的內(nèi)存也大大減少,因此分析速度大幅加快,超越傳統(tǒng)甚多。
        9.Hyperworks
Hyperworks是較為完整的CAE建模、可視化、有限元軟件、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和過程自動化等領(lǐng)域的軟件產(chǎn)品,始終站在技術(shù)的最前沿,為全球的客戶提供先進的產(chǎn)品工程方案,引領(lǐng)者工程技術(shù)的世界潮流,其涵蓋仿佛的產(chǎn)品模塊(我是抄書上的,引領(lǐng)是不是有點夸張): 

HyperMesh    高性能、開放式有限單元前后處理器,讓您在一個高度交互和可視化的環(huán)境下驗證及分析多種設(shè)計情況。
       Hyperview      是目前圖形驅(qū)動速度較快的CAE仿真和實驗數(shù)據(jù)的后處理可視化環(huán)境。
       Hypercrash    是碰撞安全分析的CAE前處理工具。
       HyperGraph 2D /HyperGraph 3D    是海量仿真或試驗處理的工具。
       Optistruct       是一個面向產(chǎn)品設(shè)計、分析和優(yōu)化的有限元和結(jié)構(gòu)優(yōu)化求解器,擁有全球化先進的優(yōu)化技術(shù),提供全面的優(yōu)化方法。
       HyperStudy    是一個開放的多學(xué)科優(yōu)化平臺,以其強大的優(yōu)化引擎調(diào)用各種求解器,實現(xiàn)多參數(shù)、多學(xué)科全面優(yōu)化。
       RADIOSS       是快速、精確和文件的有限元結(jié)構(gòu)分析軟件,能夠進行多種線性和非線性分析,廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等機械設(shè)計領(lǐng)域。
       Acusolve        是領(lǐng)先的,通用的基于有限元的計算流體動力學(xué)軟件。
      其他的我就不羅列了,還有 MotionView(功能和adams差不多),HyperForm和HyperXtrude(板料成型與擠壓成型的,和市面上的dynaform,deform或者procast等差不多)      

 有限元及有限元軟件的發(fā)展趨勢1. 國際上有限元分析軟件的發(fā)展趨勢    縱觀當今國際上CAE軟件的發(fā)展情況,可以看出有限元分析軟件的一些發(fā)展趨勢:與CAD軟件的無縫集成    許多商業(yè)化有限元分析軟件都開發(fā)了和著名的CAD軟件(例如Pro/ENGINEER(CERO)、Unigraphics(現(xiàn)為Siemens NX)、SolidEdge、SolidWorks、CATIA、IDEAS和AutoCAD等)的接口。有些CAE軟件還為了實現(xiàn)和CAD軟件的無縫集成而采用了CAD的建模技術(shù),如ADINA軟件由于采用了基于Parasolid內(nèi)核的實體建模技術(shù),能和以Parasolid為核心的CAD軟件(如Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks)實現(xiàn)真正無縫的雙向數(shù)據(jù)交換。更為強大的網(wǎng)格處理能力   由于結(jié)構(gòu)離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接影響到求解時間及求解結(jié)果的正確性與否,近年來各軟件開發(fā)商都加大了其在網(wǎng)格處理方面的投入,使網(wǎng)格生成的質(zhì)量和效率都有了很大的提高,但在有些方面卻一直沒有得到改進,如對三維實體模型進行自動六面體網(wǎng)格劃分和根據(jù)求解結(jié)果對模型進行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分,除了個別商業(yè)軟件做得較好外,大多數(shù)分析軟件仍然沒有此功能。對于許多工程實際問題,在整個求解過程中,模型的某些區(qū)域?qū)a(chǎn)生很大的應(yīng)變,引起單元畸變,從而導(dǎo)致求解不能進行下去或求解結(jié)果不正確,因此必須進行網(wǎng)格自動重劃分,人們也因此迫切希望有限元軟件自動六面體網(wǎng)格功能的出現(xiàn)。

由求解線性問題發(fā)展到求解非線性問題    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,線性理論已經(jīng)遠遠不能滿足設(shè)計的要求,許多工程問題如材料的破壞與失效、裂紋擴展等僅靠線性理論根本不能解決,必須進行非線性分析求解,例如薄板成形就要求同時考慮結(jié)構(gòu)的大位移、大應(yīng)變(幾何非線性)和塑性(材料非線性);而對塑料、橡膠、陶瓷、混凝土及巖土等材料進行分析或需考慮材料的塑性、蠕變效應(yīng)時則必須考慮材料非線性。為此國外一些公司花費了大量的人力和物力開發(fā)非線性求解分析軟件,如ADINA、ABAQUS等。它們的共同特點是具有高效的非線性求解器、豐富而實用的非線性材料庫,ADINA還同時具有隱式和顯式兩種時間積分方法。由單一結(jié)構(gòu)場求解發(fā)展到耦合場問題的求解   有限元分析方法最早應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域,主要用來求解線性結(jié)構(gòu)問題?，F(xiàn)在用于求解結(jié)構(gòu)線性問題的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟,發(fā)展方向是結(jié)構(gòu)非線性、流體動力學(xué)和耦合場問題的求解。這就需要對結(jié)構(gòu)場和流場的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解,即所謂"流固耦合"的問題。由于有限元的應(yīng)用越來越深入,人們關(guān)注的問題越來越復(fù)雜,耦合場的求解必定成為CAE軟件的發(fā)展方向。程序面向用戶的開放性    隨著商業(yè)化的提高,各軟件開發(fā)商為了擴大自己的市場份額,滿足用戶的需求,在軟件的功能、易用性等方面花費了大量的投資,但由于用戶的要求千差萬別,不管他們怎樣努力也不可能滿足所有用戶的要求,因此必須給用戶一個開放的環(huán)境,允許用戶根據(jù)自己的實際情況對軟件進行擴充,包括用戶自定義單元特性、用戶自定義材料本構(gòu)(結(jié)構(gòu)本構(gòu)、熱本構(gòu)、流體本構(gòu))、用戶自定義流場邊界條件、用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴展規(guī)律等等。
由二維擴展為三維 早期計算機的能力十分有限,受計算費用和計算機儲存能力的限制,數(shù)值模擬程序大多是一維或二維的,只能計算垂直碰撞或球形爆炸等特定問題。隨著第三代、第四代計算機的出現(xiàn),才開始研制和發(fā)展更多的三維計算程序?，F(xiàn)在,計算程序一般都由二維擴展到了三維,如LSDYNA2D和LSDYNA3D,AUTODYN2D和AUTODYNA3D,但也有完全在三維基礎(chǔ)上開發(fā)的,如MSC.DYTRAN。單一坐標體系發(fā)展多種坐標體系  數(shù)值模擬軟件在開始階段一般采用單一坐標,或采用拉格朗日坐標或采用歐拉坐標,由于這兩種坐標自身的缺陷,計算分析問題的范圍都有很大的限制。為克服這種缺陷,采用了三種方法,一是兩個程序簡單組合,如CTH—EPIC,爆炸與侵徹由不同的程序分開計算;二是在同一程序中采用多種坐標體系,如DYNA3D中早期采用的是拉格朗日坐標,而LSDYNA3D的最新版除原有類型外,新加了歐拉方法以及拉格朗日與歐拉耦合方法,而最近幾年才發(fā)展的DYTRAN則是拉格朗日型的LSDYNA3D(1988版)與歐拉型的PISCES的整合體;三是采用新的計算方法,如SPH等,SPH法不用網(wǎng)格,沒有網(wǎng)格畸變問題,所以能在拉格朗日格式下處理大變形問題,同時,SPH法允許存在材料界面,可以簡單而精確地實現(xiàn)復(fù)雜的本構(gòu)行為,也適用于材料在高加載速率下的斷裂等問題的研究。增強可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能  早期數(shù)值模擬計算軟件的研究重點在于推導(dǎo)新的高效率求解方法和高精度的單元。隨著數(shù)值分析方法的逐步完善,尤其是計算機運算速度的飛速發(fā)展,整個計算系統(tǒng)用于求解運算的時間越來越少,而數(shù)據(jù)準備和運算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻日益突出。在現(xiàn)在的工程工作站上,求解一個包含10萬個方程的有限元模型只需要用幾十分鐘。目前幾乎所有的商業(yè)化數(shù)值模擬程序系統(tǒng)都有功能很強的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理模塊。在強調(diào)“可視化”的今天,很多程序都建立了對用戶非常友好的GUI(圖形用戶界面—Graphics&nterface),使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進行網(wǎng)格自動劃分,生成有限元分析所需數(shù)據(jù),并按要求將大量的計算結(jié)果整理成變形圖、等值分布圖,便于極值搜索和所需數(shù)據(jù)的列表輸出。工作平臺多樣化;  早期的數(shù)值分析軟件基本上都是在大中型計算機上開發(fā)和運行的,后來又發(fā)展到以工程工作站(EWS,Engineering&WorkStation)上,它們的共同特點都是采用UNIX操作系統(tǒng)。PC機的出現(xiàn)使計算機的應(yīng)用發(fā)生了根本性的變化,工程師渴望在辦公桌上完成復(fù)雜工程分析的夢想成為現(xiàn)實。最近有些公司,例如ANSYS、MSC.software等開始在Windows平臺上開發(fā)有限元程序,同時還有在PC機上的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境中開發(fā)有限元程序包。;軟件開發(fā)強強聯(lián)合;   由于數(shù)值軟件的開發(fā)是一項長期而艱巨的任務(wù),開發(fā)一個通用軟件是十分困難的,各家開發(fā)的軟件由于應(yīng)用背景的不同而各有千秋。隨著數(shù)值模擬軟件商業(yè)化的進展,各數(shù)值模擬軟件公司為擴大市場,追求共同的利潤,出現(xiàn)了強強聯(lián)合的局面。典型的如ANSYS與LSDYNA3D聯(lián)合,MSC.software軟件公司對ABAQUS、LSDYNA3D及PISCES等的購買。2. 國內(nèi)限元分析軟件的發(fā)展情況和前景;  1979年美國的SAP5線性結(jié)構(gòu)靜、動力分析程序向國內(nèi)引進移植成功,掀起了應(yīng)用通用有限元程序來分析計算工程問題的高潮。這個高潮一直持續(xù)到1981年ADINA非線性結(jié)構(gòu)分析程序引進,一時間許多一直無法解決的工程難題都迎刃而解了。大家也都開始認識到有限元分析程序的確是工程師應(yīng)用計算機進行分析計算的重要工具。但是當時限于國內(nèi)大中型計算機很少,大約只有杭州汽輪機廠的Siemens7738和沈陽鼓風(fēng)機廠的IBM4310安裝有上述程序,所以用戶算題非常不方便,而且費用昂貴。PC機的出現(xiàn)及其性能奇跡般的提高,為移植和發(fā)展PC版本的有限元程序提供了必要的運行平臺。可以說國內(nèi)FEA軟件的發(fā)展一直是圍繞著PC平臺做文章。在國內(nèi)開發(fā)比較成功并擁有較多用戶(100家以上)的有限元分析系統(tǒng)有大連理工大學(xué)工程力學(xué)系的FIFEX95、北京大學(xué)力學(xué)與科學(xué)工程系的SAP84、中國農(nóng)機科學(xué)研究院的MAS5.0和杭州自動化技術(shù)研究院的MFEP4等。但是,國外很多著名的有限元分析公司已經(jīng)從前些年對PC平臺不屑一顧轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶂园l(fā)展,對國內(nèi)FEA程序開發(fā)者來說發(fā)展PC版本不再具有優(yōu)勢,而以后應(yīng)該從下面幾方面加以努力:發(fā)展有自主版權(quán)、用于分析流體等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的軟件; 研究開發(fā)求解非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的FEA程序經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展,用于求解固體力學(xué)的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟,現(xiàn)在研究的前沿問題是流體動力學(xué)、可壓縮和不可壓縮流體的流動等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的問題。由于國內(nèi)沒有類似功能的商品化軟件,所以國外的軟件就賣得非常貴。為了打破這種壟斷局面,我們必須發(fā)展有自主版權(quán)、用于分析流體等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的軟件。 開發(fā)具有中國特色的自動建模技術(shù)和GUI開發(fā)建模技術(shù)
    開發(fā)具有中國特色的自動建模技術(shù)和GUI開發(fā)建模技術(shù)成本比前述課題要少得多,但卻可以大大提高FEA軟件的性能和用戶接受程度,從而起到事半功倍的效果。Windows中提供了OpenGL圖形標準,為在PC機上應(yīng)用可視化圖形技術(shù)開發(fā)GUI提供了強有力的工具。近年來國外有的FEA程序已拋開仿真軟件,直接在Windows平臺上開發(fā)有限元程序。杭州自動化技術(shù)研究院1997-1999年采用OpenGL圖形標準和相應(yīng)的Visual C++等編程工具,在PC機上成功地開發(fā)了一套可視化有限元程序包。它能直觀地通過對"菜單"、"窗口"、"對話框"和"圖標"等可視圖形畫面和符號的操作,自動建立有限元分析模型,并以交互方法式實現(xiàn)計算結(jié)果的可視化處理,因而可大大提高有限昂分析的效率和精確性,也便于用戶學(xué)習(xí)和掌握。
與具有我國自主版權(quán)的CAD軟件集成
    作為我國自行開發(fā)的FEA程序,首先要考慮和我國自主版權(quán)的CAD軟件集成。因為有限元分析主要用于形狀比較復(fù)雜的零部件,所以要和具有三維造型功能和CAD軟件集成,使設(shè)計和分析緊密結(jié)合、融為一體。
   最后說一句,國產(chǎn)有限元軟件一直都不桌面景氣,北京飛箭公司的FEPG(有限元自動生成系統(tǒng))雖然有些用戶,但和國外那些有限元大拿公司比起來真是九牛一毛,隨著這2年社會知識產(chǎn)權(quán)的深入,我相信未來會有國產(chǎn)有限元軟件出現(xiàn)的,當然更是任重道遠。