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1、分析软件介绍,ABAQUS、ADAMS、ANSYS、LS-DYNA、MARC软件,ABAQUS,ABAQUS是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。ABAQUS具备十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩弹性的泡沫材料以及岩石和土这样的地质材料。作为通用的模拟分析工具，ABAQUS不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热传导、质量扩散、电子元器件的热控制（热
2、电耦合分析）、声学分析、土壤力学分析（渗流应力耦合分析）和压电介质力学分析。,ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来十分简明，最复杂的问题也可以很容易地建立模型。例如复杂的多部件问题可以通过对每个部件定义材料模型和几何形状，然后再把它们组装起来而构成。在大部分模拟分析问题中，甚至在高度非线性问题中，用户也只需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载工况这样的工程数据就可以进行分析。在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度。不仅能选择这些参数值，而且能在分析过程中不断地调整参数来保证有效地得到高精度的解，很少需用户去定义这些参数。,ABAQUS各模块简介ABA
3、QUS 有两个主要的分析模块：ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit。ABAQUS/Standard 还有两个特殊用途的附加分析模块：ABAQUS/Aqua 和ABAQUS/Design。另外，还有ABAQUS 分别与ADAMS/Flex，C-MOLD 和Mold flow 的接口模块：ABAQUS/ADAMS，ABAQUS/C-MOLD 和 ABAQUS/MOLDFLOW。ABAQUS/CAE是完全的 ABAQUS工作环境模块，它包括了ABAQUS 模型的构造，交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer 是 ABAQUS/CAE 的子
4、集，它具有后处理功能，这些模块之间的关系见图11。,ABAQUS/Standard ABAQUS/Standard 是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热和电问题的响应等，这个模块是本指南的主题。ABAQUS/Explicit ABAQUS/Explicit 是用于特殊目的分析模块，它采用显式动力有限元列式，适用于像冲击和爆炸这类短暂，瞬时的动态事件，对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。在本指南中没有对它特别介绍，而在本指南的姐妹篇Getting Started with ABAQUS/Explicit：Interactive Ve
5、rsion 里进行介绍。两个分析模块的ABAQUS/CAE 界面是一样的，两个模块的输出也是类似的，不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。,ABAQUS/CAE ABAQUS/CAE（Complete ABAQUS Environment）是ABAQUS 的交互式图形环境，用它可方便而快捷地构造模型，只需生成或输入要分析结构的几何形状，并把它分解为便于网格化的若干区域。并对几何体赋于物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE 具有对几何体剖分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE 可提交并监控要分析的作业，可视化模块就可用来显式结果。此外
6、还有ABAQUS/Viewer、ABAQUS/Aqua、ABAQUS/ADAMS、ABAQUS/C-MOLD、ABAQUS/Design、ABAQUS/MOLDFLOW 等模块。,资料来源：Hibbitt，Karlsson&Sorensen，INC.朱以文，蔡元奇等译 ABAQUS/Standard 有限元软件入门指南 ABAQUS/CAE版,ABAQUS主要具有以下分析功能：（1）静态应力/位移分析 包括线性、材料非线性、结构断裂分析等。（2）动态分析 包括频率提取分析。瞬态响应分析。稳态响应分析、随机响应分等。（3）非线性动态应力/位移分析 包括各种随时间变化的大位移分析、接触分析等。（4
7、）粘弹性/粘塑性响应分析 粘弹性/粘塑性材料结构的响应分析。（5）热传导分析 传导、辐射和对流的瞬态或稳态分析。（6）退火成形过程分析 对材料退火热处理过程的模拟。（7）质量扩散分析 静水压力造成的质量扩散和渗流分析等。（8）准静态分析 应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题。（9）耦合分析 热/力耦合、热/电耦合、压/电耦合、流/力耦合、声/力耦合等。（10）海洋工程结构分析（11）瞬态温度/位移耦合分析 力学和热响应耦合问题。（12）疲劳分析 根据结构和材料的受载情况分析，进行疲劳寿命预估。（13）水下冲击分析 对冲击载荷作用下的水下结构进行分析。（14）设计灵敏度分析 对结构参数进行
8、灵敏度分析，并据此进行结构的优化设计。,资料来源：石亦平，周玉睿.ABAQUS有限元分析实例详解.北京：机械工业出版社，2006,ADAMS,机械系统动力学自动分析软件ADAMS（Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems），是美国MDI公司开发的非常著名的虚拟样机分析软件。ADAMS软件一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以应用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析二次开发工具平台。ADAMS软件包括3
9、个最基本的解题程序模块：ADAMS/View（基本环境）、ADAMS/Solver（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后处理）。另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块，例如ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Flex（柔性模块）、ADAMS/FEA（有限元模块）、ADAMS/Animation（高速动画模块）、ADAMS/Controls（控制模块）等。,在3个基本程序中，ADAMS/View提供了一个直接面向用户的基本操作对话环境和虚拟样机分析的前处理功能，其中包括样机的建模和各种建模工具、样机模型数据的输入与编辑、与求解器和后处理等程序的自动连接、虚拟样机分析参数的
10、设置、各种数据的输入和输出、同其他应用程序的接口等。ADAMS/Solver是求解机械系统运动和动力学问题的程序。完成样机分析的准备工作以后，ADAMS/View程序可以自动地调用ADAMS/Solver模块，求解样机模型的静力学、运动学或动力学问题，完成仿真分析以后再自动地返回ADAMS/View操作界面。因此，一般用户可以将ADAMS/Solver的操作视为一个“黑匣子”，只需熟悉ADAMS/View的操作，即可完成建模和整个分析过程。,ADAMS仿真分析结果的后处理，可以通过调用后处理模块，ADAMS/PostProcessor来完成。ADAMS/PostProcessor具有相当强的后
11、处理功能，它可以回放仿真结果，也可以绘制各种分析曲线。除了可以直接绘制仿真结果曲线意外，ADAMS/PostProcessor还可以对仿真分析曲线进行一些数学和统计计算；可以输入实验数据绘制实验曲线，并同仿真结果进行比较；也可以进行分析结果曲线图的各种编辑。,资料来源：郑建荣.ADAMS虚拟样机技术入门与提高.北京，机械工业出版社.2005,MARC,MSC.MARC 是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。为满足 工业界和学术界的各种需求，MSC.MARC 提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平 台上运行的系列产品。MSC.MARC 的基本模块为MARC 和MENTAT
12、。MSC.MARC/MARC 模块是功能齐全的高级非线性有限元软件求解器，体现了 30 年来 有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合。它具有极强的结构分析力：(1)可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐 响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静/动力接触、屈曲/失稳、失 效和破坏分析等；(2)它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处 理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性 的超强能力；(3)MARC 的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多
13、种线性和非线性复杂材料行为的材料模型；,(4)分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。为了 进一步提高计算精度和分析效率，MARC 软件提供了多种功能强大的加载步长自适应控制 技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长；(5)网格自适应技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅可提高大型非线性结构 分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的网格密度，既保 证计算精度，同时也使非线性分析的计算效率大大提高。此外，MARC支持全自动二维网 格和三维网格重划，用以纠正过度变形后产生的网格畸变，确保大变形分析的继续进行。对非结构的场问
14、题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流热固、土壤渗流、声结构、耦合电磁、电热、电热结构以及热结构等多种耦合场的分析能力。,对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温 度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流热固、土 壤渗流、声结构、耦合电磁、电热、电热结构以及热结构等多种耦合场的分析能力。为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.MARC 提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了 MARC 有限元分析的所有环节，从几何
15、建模、网格划分、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置。在 MSC.MARC 软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展 MARC 有限元软件的分析能力。MSC.MARC/MENTAT 模块是MSC.MARC 的前后处理图形交互界面，与MARC 求解器 无缝连接。它具有以ACIS 为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形、三维四面体和六面体网格自动划分建模能力；直观灵活的多种材料模型定义和边界条件的定义功能；分析过程控制定义和递交分析、自动检查分析模型完整性的功能；实时监控分析功能；方便的可视化处理计算结果能力；先进的光照、渲染、动画和电影制作等图
16、形功能。并可直接访问常用的CAD/CAE 系统，如：ACIS、AutoCAD、IGES、MSC.NASTRAN、MSC.PATRAN、Unigraphic、Catia、Solid work、Solid Edge、IDEAS、VDAFS、Pro/ENGTNEER、ABAQUS、ANSYS、PSTEP 等。,MENTAT 与MARC 程序的关系如下图 所示。MENTAT 可以自动生成MARC 分析计算所需要的输入文件 model.dat，用户可以在MENTAT 的图形环境下运行MARC 程序，此时MARC 程序对用户来说处于后台，也可以利用model.dat，采用“run_marc”命令运行MAR
17、C程序。MENTAT 可以读入MARC 运行产生的结果文件即后处理文件model.t19（格式化文件）或 model.t16（非格式化文件）进行数据结果的图形显示。当然用户可以采用其他方法生成MARC 输入文件model.dat。,MARC与MENTAT之间的数据传输关系,资料来源：曾攀.四类问题有限元分析的MARC操作指南.清华大学机械工程系,ANSYS,ANSYS 是一种应用广泛的通用有限元工程分析软件，功能完备的前后处理器使ANSYS易学易用、强大的图形处理能力及得心应手的实用工具使得使用者轻松愉快、奇特的多平台解决方案使用户物尽其用，多种平台支持（NT、LINUX、UNIX）和异种异构
18、网络浮动，各种硬件平台数据库兼容，使其功能一致，界面统一。目前，ANSYS 已经广泛应用于核工业、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、日用家电等一般工业及科学研究。ANSYS 软件含有多种分析能力，包括从简单线性静态分析到复杂非线性动态分析。可用来求结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题的解答。它包含了前处理、解题程序以及后处理和优化等模块，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为现代工程学问题必不可少的有力工具。,ANSYS功能简介ANSYS 是一个通用的有限元分析软件，它的能用性就表现它多种多样的分析能力，
19、包括从简单的线性静态分析到复杂的非线性动态分析。而且，ANSYS 还具有产品的优化设计、估计分析等附加功能。ANSYS 软件能够提供的分析类型如下：1结构静力分析 用来求解外荷载引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响不显著的问题。ANSYS 程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触问题的分析。2结构动力分析 结构动力分析用来求解随时间变化的荷载对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS 可进行结构动力学分析的类型包括：瞬态动力分析、模态分析、谐波响
20、应分析及随机振动响应分析。3结构非线性分析 结构非线性问题分析材料非线性、几何非线性、和单元非线性三种。ANSYS 程序可以 求解静态和瞬态的非线性问题。,4结构屈曲分析 屈曲分析是用来确定结构失稳的载荷大小与在特定的荷载下结构是否失稳的问题。ANSYS 中是稳定性分析主要分为线性分析和非线性分析两种。5热力学分析 ANSYS 可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种基本类型均可进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还可以进行模拟材料的固化和熔解过程的分析，以及模拟热与结构应力之间的关系的耦合问题的分析。6电磁场分析 主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁能量密度、涡流
21、、电场分布、磁力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。此外还有声场分析、压电分析、流体动力学分析等。,LS-DYNA,LS-DYNA是功能齐全的非线性显式分析程序包，可以求解各种几何非线性、材料非线性和接触非线性问题。其显式算法特别适用于分析各种非线性结构冲击动力学问题，如爆炸、结构碰撞、金属加工成形等高度非线性问题，同时还可以求解传热、流体以及流固耦合问题。其算法特点是以Lagrange为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流固耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如预应力结构动力分析前的预应力计算以及金属板冲压成形后的
22、回弹分析），是军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序软件。LS-DYNA具有丰富的单元库，具有二维、三维实体单元，薄、厚壳单元，梁单元以及ALE、Eulirian、Lagrangian单元等，各类单元又有多种算法可供选择，具有大位移、大应变和大转动功能，单元积分采用沙漏粘性阻尼以克服零能模式，计算速度快，可满足各种实体结构、薄壁结构和流固耦合问题的有限元网格剖分的需要。,在材料模型方面，LS-DYNA目前拥有近150多种金属和非金属材料模型，涵盖了弹性、弹塑性、超弹、泡沫、玻璃、地质、土壤、混凝土、流体、复合材料、炸药、刚体等各种材料模型以及多种气体状态方程，可以考虑材料的失效、损伤、
23、粘性、蠕变、与温度有关、与应变率相关等材料性质。此外，该程序还支持用户自定义材料功能。LS-DYNA的全自动接触分析功能非常易于使用，有50多种可供选择的接触分析方式，可以求解各种柔性体与柔性体、柔性体与刚性体、刚性体与刚性体之间的接触问题，并可分析接触表面的静动力摩擦、固连失效以及流体与固体的界面等。此外，LS-DYNA程序采用材料失效和侵蚀接触算法，可以成功地分析高速弹丸对靶板的穿甲过程。,资料来源：尚小江，苏建宇著.ANSYS/LS-DYNA动力分析方法与工程实例.北京，中国水利水电出版社.2006,LS-DYNA软件的功能分析能力非线性动力学分析、多刚体动力学分析、准静态分析（钣金成型
24、等）、热分析、结构-热耦合分析、流体分析（包括欧拉方式，任意拉格朗日-欧拉（ALE），流体-结构相互作用）、不可压缩流体CFD分析等、有限元-多刚体动力学耦合分析（MADYMO,CAL3D）、水下冲击、失效分析、裂纹扩展分析、实时声场分析、设计优化、隐式回弹、多物理场耦合分析、自适应网格重划、并行处理（SMP和MPP）。材料模式库（160多种）金属、塑料、泡沫、编织品、橡胶（人造橡胶）、蜂窝材料、复合材料、混凝土和土壤、炸药、推进剂、粘性流体、用户自定义材料等。单元库体单元、薄/厚壳单元、梁单元、离散单元、束和索单元、安全带单元、节点质量单元、SPH单元等。接触方式（50多种）柔体对柔体接触、
25、柔体对刚体接触、刚体对刚体接触、边-边接触、侵蚀接触、充气模型、约束面、刚墙面、拉延筋。状态方程在LS-DYNA的材料模型中有较多的非常规材料可通过状态方程来描述，如高速碰撞下的结构材料、流体、物质燃烧等有化学反应的过程都必须采用状态方程来描述。LS-DYNA有14种状态方程，可以描述各种非常复杂的物理现象中材料的体积变形行为。,汽车行业的专门功能安全带单元、滑环、预紧器、牵引器、传感器、加速计、气囊、；混合III 型假人模型。初始条件、载荷和约束功能初始速度、初应力、初应变、初始动量（模拟脉冲载荷）；高能炸药起爆；节点载荷、压力载荷、体力载荷、热载荷、重力载荷；循环约束、对称约束（带失效）、
26、无反射边界；给定节点运动（速度、加速度或位移）、节点约束；铆接、焊接（点焊、对焊、角焊）；二个刚性体之间的连接球形连接、旋转连接、柱形连接、平面连接、万向连接、平移连接；位移/转动之间的线性约束、壳单元边与固体单元之间的固连；带失效的节点固连自动剖分网格技术通常用于薄板冲压成形模拟、薄壁结构受压屈曲、三维锻压问题等大变形情况，使弯曲变形严重的区域皱褶更加清晰准确。对于三维锻压的网格畸变问题，LS-DYNA主要有两种方法，一种为自适应网格剖分，另一种为任意拉格朗日-欧拉网格（ALE）配合网格的Rezoning。三维自适应网格剖分采用的是四面体单元。,ALE和Euler 列式 ALE列式和Eule
27、r 列式可以克服单元严重畸变引起的数值计算困难，并实现流体-固体耦合的动态分析。在LS-DYNA程序中 ALE和Euler 列式有以下功能：多物质的Euler 单元可达 20种材料；多种Smoothing 算法选项；一阶和二阶精度的输运算法；空白材料；Euler 边界条件：滑动或附着条件；声学压力算法；与 Lagrange 列式的薄壳单元、实体单元和梁单元的自动耦合。平滑粒子流体动力学算法SPH SPH是一种无网格 Lagrange 算法，可以解决许多常用算法解决不了的问题，如天体物理现象模拟、连续体结构的解体、碎裂、固体的层裂、脆性断裂等；对于超高速碰撞、靶板贯穿等过程的模拟，SPH算法有着
28、独到的优势。隐式求解 为更好地模拟静动力混合过程，LS-DYAN加入了隐式算法，可以交替使用隐式求解和显式求解，用于模拟冲压成型及回弹过程、预应力下的冲击过程等。热分析 LS-DYNA 程序有二维和三维热分析功能，也可与结构进行耦合分析，可进行稳态热分析、瞬态热分析，用于非线性热传导、静电场分析和渗流计算。,多功能控制选项 多种控制选项和用户子程序使得用户在定义和分析问题时有很大的灵活性。主要控制功能有：输入文件可分成多个子文件；用户自定义子程序；二维问题可以人工控制交互式或自动重分网格（REZONE）；重启动；数据库输出控制；交互式实时图形显示；开关控制-可监视计算过程的状态；对32位计算机可进行双精度分析。后处理功能 后处理：结果的彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、等值面、粒子流迹显示、立体切片、透明及半透明显示；变形显示及各种动画显示；图形的PS、TIFF及HPGL格式输出与转换等。,Thank You！,
