材料力学行为及计算机模拟
计算机模拟方法在材料科学领域中的应用
计算机模拟方法在材料科学领域中的应用随着计算机技术的不断发展和进步，计算机模拟方法在材料科学领域中的应用越来越广泛。
这些模拟方法基于物理原理和数学模型，通过在计算机上运行相应的算法，可以模拟材料的结构、性质和行为，从而为材料科学研究提供全新的视角和工具。
本文将介绍计算机模拟在材料科学领域中的三个主要应用方向：分子动力学模拟、量子化学计算和相场模拟。
分子动力学模拟是一种常用的计算机模拟方法，它可以模拟材料的原子或分子的运动和相互作用。
通过分子动力学模拟，可以研究材料的结构演化、物理性质和力学响应，预测材料的力学性能和稳定性。
例如，在合金材料研究中，分子动力学模拟可以模拟不同元素之间的相互作用和晶体缺陷的形成，从而研究合金的力学性质和相变行为。
另外，分子动力学模拟还可以用于研究材料的界面和表面性质，例如材料表面的吸附行为和材料界面的结构稳定性。
量子化学计算是利用量子力学理论和计算机算法来模拟和计算材料的结构和性质。
通过量子化学计算，可以提供材料的电子结构信息、分子轨道能级以及化学反应的动力学过程。
在材料设计和催化剂优化方面，量子化学计算可以预测和优化材料的能带结构、键长、键角和反应催化机理等。
例如，在太阳能电池材料的研究中，量子化学计算可以计算和优化材料的能带结构，进一步提高太阳能的转化效率。
此外，量子化学计算还可以用于模拟和预测材料的光学性质，例如材料的吸收谱和荧光谱等。
相场模拟是一种基于平衡态统计物理原理的计算机模拟方法，它可以模拟材料的相分离和相变行为。
相场模拟通过引入一个表示相界面的相场变量，将相变问题转化为一个偏微分方程的求解问题。
相场模拟可以模拟和预测材料的相图、相分离形态和相变动力学过程。
例如，相场模拟可以研究材料的晶界行为和相分离现象，对材料的晶粒尺寸和形貌进行优化和控制。
另外，相场模拟还可以用于研究材料的金属间化合物相图和合金的相变行为。
综上所述，计算机模拟方法在材料科学领域中具有广泛的应用前景。
材料设计与计算机模拟的新方法
材料设计与计算机模拟的新方法材料科学是一门涉及材料结构、性能和制备的领域，其重要性不言而喻。
如何设计新型材料并预测其性能，一直是材料科学家们探究的重要问题之一。
近年来，随着计算机技术的发展和计算机模拟技术的成熟，材料设计和计算机模拟成为了材料研究中的重要分支，探索出了一些新的方法和途径。
材料的模拟计算技术可以分为两种：第一种是从分子层面出发，研究材料内部的原子结构，并利用分子动力学模拟方法模拟其运动学行为。
这种方法适用于模拟一些小分子、高分子等大分子材料的结构和性质，通常称为分子动力学模拟。
第二种则是从宏观层面出发，研究材料的物理现象，比如力学性质、导热性能等，并通过输入一些场数据来计算材料的响应，这种方法通常称为有限元方法。
在材料设计方面，传统的试错法往往需要耗费大量的时间和资源，而且效率低下，很容易出现失败的情况。
现代化学技术的发展，推动了高通量材料设计和高效晶体计算等新型材料设计方法的出现，这样可以快速有效地进行材料选型、设计和筛选。
这种方法通常基于统计学和机器学习技术，利用大量的实验数据进行学习和预测。
与传统的手工设计方法不同，这些方法可规划出材料的属性空间，探索材料的组合，甚至包括预言可能存在的未知材料。
材料设计与计算机模拟新的方法还包括多尺度模拟技术。
多尺度模拟方法是指在不同的尺度上对材料进行模拟和计算，将不同的模拟结果进行整合，实现材料内部结构和性质的全面研究。
多尺度模拟技术可以利用不同的方法得到不同尺度下的物理量，然后采用耦合方法将不同尺度的结果成组地在一个相容的框架中计算，从而快速、准确地预测材料的性能。
当前研究重点之一是使用计算机模拟技术在材料制备上进行探索，对于材料内部的缺陷、界面和微观结构进行模拟，这可以为材料工程师提供有用的信息，帮助他们制定合适的材料加工流程。
在此基础上，可准确预测制成材料的力学性能、导电性能、热导性能和电磁性能等特性。
例如，利用分子动力学模拟技术，可以快速地得到聚合物材料的力学行为和断裂机理，而有限元分析方法则可以预测材料的导电性和热导性等宏观物理特性。
计算机模拟技术在材料研究中的应用
计算机模拟技术在材料研究中的应用近年来，随着计算机科学的快速发展和超级计算机的出现，计算机模拟技术已经成为材料科学研究中的重要工具。
通过计算机模拟技术，科学家们可以模拟各种材料的结构、性能和反应，并且预测未来的行为，为材料设计和优化提供有效的手段。
本文将从材料模拟的基本原理、模拟方法、应用领域以及前景等方面，介绍计算机模拟技术在材料研究中的应用。
一、材料模拟的基本原理材料模拟是一种基于计算机的科学技术，通过计算机程序模拟材料的结构、性质和反应过程。
目前，材料模拟主要包括分子动力学模拟、量子力学计算和连续介质力学模拟等方法。
其中，分子动力学模拟是最常用的一种模拟方法，它通过数值方法模拟材料中分子的运动轨迹和相互作用，得到材料在不同条件下的热力学和动力学性质。
二、模拟方法1.分子动力学模拟分子动力学模拟是基于牛顿第二定律和麦克斯韦-玻尔兹曼分布定律的数值模拟方法。
它通过计算原子和分子运动学性质，从而获得材料的热力学性质。
分子动力学模拟可以模拟材料在不同温度、压力和扭曲情况下的热力学和动力学性质，包括热涨落、弹性模量、热膨胀系数、热导率等。
2.量子力学计算量子力学计算是基于波函数和薛定谔方程的数值模拟方法。
它可以计算原子和分子的电子结构，从而确定它们的光谱性质，包括能带结构、局域态、密度泛函理论等。
量子力学计算对于设计新型材料和预测材料性质都有重要的作用。
3.连续介质力学模拟连续介质力学模拟是应用数值计算方法解决宏观材料行为问题的一种模拟方法。
它将材料看作连续介质，通过弹性力学、塑性力学、断裂力学和流变学等力学理论来探究材料的热力学和力学性质。
三、应用领域1.材料设计通过计算机模拟技术，科学家们可以从原子、分子和晶粒层面预测材料的性质，设计新型材料或优化已有材料的性能。
这对于发展材料科学和解决实际工艺问题都有重要意义。
2.材料加工材料加工是一个复杂的过程，材料的形变、应力和温度都会影响加工质量。
利用计算机模拟技术，可以准确地预测材料在加工过程中的热、力和形变情况，优化工艺参数。
材料力学计算模拟方法及相关模型评估
材料力学计算模拟方法及相关模型评估1. 引言材料力学计算模拟方法是一种通过数学模型和计算机算法对材料力学性质进行预测和评估的方法。
在材料科学与工程领域，材料力学计算模拟方法的应用已经成为研究和开发新材料的重要手段之一。
本文将介绍材料力学计算模拟方法的基本原理和常用的模型评估方法。
2. 材料力学计算模拟方法的基本原理材料力学计算模拟方法基于经典力学原理，通过建立材料的数学模型，利用计算机算法模拟材料受力行为。
常用的材料力学计算模拟方法包括分子动力学模拟、有限元分析和网格自适应技术。
分子动力学模拟基于原子尺度，模拟材料内部原子的运动和相互作用；有限元分析基于连续介质假设，将材料划分为有限个单元，分析各单元的应力应变行为；网格自适应技术可根据材料不同区域的应力集中程度和应变梯度，自动调整计算网格的密度，提高计算精度。
3. 材料力学计算模拟方法的应用材料力学计算模拟方法在材料科学与工程中有广泛的应用。
首先，材料力学计算模拟方法可以预测材料的力学性质，包括强度、刚度和韧性等。
通过模拟计算，可以了解材料在不同环境条件下的受力行为，为材料设计和工程应用提供指导。
其次，材料力学计算模拟方法可以预测材料的疲劳寿命和机械性能，帮助优化材料使用和设计方案。
此外，材料力学计算模拟方法还可以模拟材料的形变、失效和损伤过程，分析材料的可靠性和稳定性。
因此，材料力学计算模拟方法在材料研究和工程实践中扮演着重要的角色。
4. 模型评估方法为了保证材料力学计算模拟方法的准确性和可靠性，需要对计算模型进行评估。
常用的模型评估方法包括实验验证和比较分析。
实验验证是通过实验手段对计算模型进行验证，将计算结果与实验结果进行对比。
如果计算结果与实验结果吻合良好，可以说明计算模型较为准确。
比较分析是将不同的计算模型进行对比，评估其在不同条件下的适用性和精度。
通过比较分析，可以选择合适的模型和计算方法，提高计算模拟的准确性和可信度。
5. 模型评估的误差来源在模型评估过程中，需要考虑评估误差的来源。
计算机模拟在材料科学中的作用
计算机模拟在材料科学中的作用材料科学作为一门交叉学科，对于材料的研究和开发起到了至关重要的作用。
而其中，计算机模拟技术则是材料科学中应用广泛、影响深远的一种方法。
一、计算机模拟的发展计算机模拟是一种利用计算机对物理过程进行数值模拟和计算的技术，它的出现源于计算机和数学的发展和应用。
在现代材料科学中，计算机模拟领域的应用逐渐扩大和深入，涵盖了材料的结构、性质、功能等多个方面。
随着计算机模拟方法日益成熟，其在材料科学领域中的应用也变得越来越广泛。
目前，计算机模拟被广泛用于材料制备、材料特性研究、材料设计与优化等方面。
二、材料制备材料制备是材料科学中的一个重要阶段，而通过计算机模拟对材料的制备过程进行模拟和优化，可以大大提高材料的制备效率和质量。
目前，主要的材料制备方法包括溶液法、气相法、电化学法等。
而计算机模拟技术可以通过分子动力学模拟、量子化学计算等手段，对这些材料制备方法进行数值模拟和优化，从而实现材料制备的精细化和高效化。
例如，通过计算机模拟技术，可以研究金属材料的晶粒生长过程，克服传统热力学方法中忽略界面动力学信息、具有高度理想性前提的局限，预测晶粒相长、变形等晶体形变机理以及探究其对金属材料力学性能的影响。
三、材料特性研究材料的结构、性质和功能是材料特性研究的重要内容。
计算机模拟技术在这方面的应用也十分广泛。
例如，通过计算机模拟技术，可以研究材料的晶体结构、材料缺陷和材料表面状态等多方面特性，在理论上预测材料的性能和行为。
这些理论预测不仅可以为实验提供指导，还可以帮助人们发现材料中尚未被发现的特性。
例如，在薄膜领域中，通过计算机模拟技术，更好地研究了薄膜材料的物理、化学特性及生长机理，这对薄膜材料的合成和应用具有十分重要的意义。
四、材料设计与优化材料设计与优化是材料科学中一个非常具有挑战性的问题。
在这方面，计算机模拟技术无疑是一种强大的工具。
通过计算机模拟技术，可以在理论上实现材料的设计和优化，这有助于人们更好地选择和开发符合要求的材料。
计算力学中的材料模拟
计算力学中的材料模拟材料模拟是计算力学中的重要分支，其主要任务是利用计算机模拟材料在不同条件下的物理性质和化学反应过程，从而预测材料在实际应用中的性能表现。
这种方法已经得到了广泛的应用，对于加速材料设计和开发具有重要意义。
材料模拟基础材料模拟的基础是材料的原子结构、分子结构以及晶体结构。
在材料模拟中，通常会使用能量泛函理论（DFT）来计算材料光电、热力学、力学、磁学等性质。
通过分子动力学模拟（MD）或蒙特卡罗模拟（MC）等方法，可以模拟材料的结构和动态过程，预测材料的物理性质和化学反应。
在材料模拟中，还需要建立材料的力学模型和热力学模型，进行力学和热力学分析。
材料模拟方法1. 基于第一原理计算的材料模拟DFT是现代材料模拟的重要工具之一，它通过计算材料的电子密度分布、能量、原子和分子的结构和相互作用等，预测材料的物理性质和化学反应。
DFT的计算方法具有很强的理论基础，可以高效地预测材料的各种性质。
常见的DFT软件包有VASP、ABINIT、Quantum Espresso等。
2. 分子动力学模拟MD模拟是一种将原子和分子作为带电粒子进行计算的方法。
MD模拟可以模拟材料的结构和动态过程，比如材料的热膨胀系数、热导率、比热容、杨氏模量等物理性质。
常见的MD软件包有LAMMPS、GROMACS、DL_POLY等。
3. 蒙特卡罗模拟MC模拟是一种基于统计力学的方法，可以模拟凝聚态材料的力学、热力学、结构和动力学过程。
MC模拟通过建立材料的统计模型，利用随机抽样的方法模拟材料的结构和性质。
常见的MC 软件包有VASP-MC、CASTEP-MC等。
材料模拟应用1. 预测材料性能材料模拟可以通过计算材料的物理性质和化学反应，预测材料的性能。
比如，通过计算材料的受力变形响应，可以预测材料的强度和韧性；通过计算材料的导热性能，可以预测材料的热导率；通过计算材料的电子结构和电子密度分布，可以预测材料的电导率和光学性质。
计算材料学计算力学和材料模拟在新材料研究中的应用
计算材料学计算力学和材料模拟在新材料研究中的应用材料科学是一门研究材料性质和结构的学科，而新材料的研究和开发为改善人类生活和推动科技进步起到了重要的作用。
在新材料的研究领域中，计算材料学中的计算力学和材料模拟技术被广泛应用，帮助科学家们快速而精确地理解材料的性质和行为。
一、计算力学的应用计算力学是一种使用计算机和数学方法分析材料的力学行为的技术。
它实际上是基于力学原理和数值计算方法进行研究。
在新材料研究中，计算力学的应用主要包括：1. 材料性能预测材料的力学性能对其实际应用起着至关重要的作用。
通过计算力学方法，可以模拟材料的力学行为，包括强度、刚度、断裂性能、塑性行为等。
科学家们可以通过预测和优化材料的力学性能，来设计制造具有特定功能和优异性能的新材料。
2. 结构优化结构的优化是指通过计算力学方法对材料的结构进行优化设计，以获得更好的力学性能。
在新材料研究中，科学家们可以通过计算力学模拟，调整材料的组成、形状和排列方式，以使材料具有更高的强度、更好的韧性等优异性能。
3. 失效分析失效分析是评估材料在实际应用中的性能和寿命的重要手段。
通过计算模拟材料在各种应力、温度等条件下的响应，可以预测材料的失效模式和寿命。
这有助于科学家们改进材料的设计和制备工艺，提高材料的可靠性和稳定性。
二、材料模拟的应用材料模拟是指使用计算机模拟技术对材料进行精确的原子、分子或宏观尺度的模拟。
它可以通过精确的数学和物理模型，模拟材料的性质、相互作用以及宏观行为。
在新材料研究中，材料模拟的应用主要包括：1. 模拟材料的微观结构材料的微观结构对材料的性能和行为有着重要的影响。
通过材料模拟技术，科学家们可以模拟材料的晶体结构、晶界、界面等微观结构，并研究其对材料性质和行为的影响。
这有助于科学家们深入理解材料的本质和行为规律。
2. 探索新材料传统的实验方法往往需要耗费大量时间和资源，而材料模拟可以帮助科学家们在计算机上快速地对不同组合材料进行模拟和预测。
材料领域中的计算机模拟
材料领域中的计算机模拟随着科技的发展和计算机技术的迅速进步，计算机模拟技术在材料领域中得到了广泛应用。
在材料科学中，计算机模拟的主要目标是通过计算和模拟材料的微观结构和宏观性质，以加深对材料行为和性能的认识，从而为新材料的设计和优化提供依据。
这篇文章将着重探讨材料领域中的计算机模拟技术的应用，并对其未来的发展进行展望。
1. 计算机模拟的分类计算机模拟主要分为原子级模拟和宏观模拟两种类型。
原子级模拟主要研究材料的原子结构、化学键和分子结构，从而探究材料的微观性质和行为。
常用的原子级模拟方法包括分子动力学（MD）和量子力学计算。
宏观模拟则研究材料的宏观结构和性能，如力学性质、电学性质和热学性质等。
常用的宏观模拟方法包括有限元分析（FEA）和多孔介质流动的数值模拟。
2. 计算机模拟在新材料开发中的应用计算机模拟在新材料开发中有着不可替代的作用。
通过计算机模拟，研究人员可以预测材料组成、结构和性能之间的关系，并针对性地进行设计和优化。
例如，对于电池这一领域，计算机模拟可以帮助研究人员预测不同材料的电化学特性，并确定最佳的组成和结构。
对于超导材料，计算机模拟则可以帮助研究人员预测材料的超导性能和稳定性，并寻找新的材料设计方案。
3. 计算机模拟在加工和成形中的应用计算机模拟也可以用来研究材料的加工和成形过程。
通过模拟，研究人员可以预测材料的变形和失真情况，并设计最佳的工艺参数。
例如，在汽车制造中，计算机模拟可以预测车身的成形情况，并最终确定合适的模具设计。
在航空航天领域，计算机模拟可以预测材料的裂纹扩展情况，并评估材料的韧性和可靠性。
4. 计算机模拟在晶体生长中的应用晶体生长是研究人员关注的另一个热点。
无论是在新药开发中，还是在半导体技术中，晶体生长都有着广泛的应用。
计算机模拟可以帮助研究人员预测晶体的生长速率和晶体结构，并提供最佳的生长条件。
例如，在半导体制造中，计算机模拟可以预测掺杂材料的扩散速率和分布，从而确定最佳的生长条件，提高芯片制造的效率和质量。
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软件分析的一般流程
有 限 元 法
软 件 分 析 流 程 模型建立 前 划分网格 材料、边界 处 理
——
求解计算
求解器 后处理
数据处理
有限元法——常用软件介绍
CAE（前处理+求解器+后处理）
线弹性分析------Msc.Nastran、Anasys
非线性分析------ Msc.Marc、Abaqus
材料力学性能测试技术
对材料力学性能的测试是建立在试验的基础上的， 而材料的各种的力学性能指标的也出要试验来确定。 常用的力学测试技术：
静载拉伸 弹性模量、扭转、压缩、摩擦磨损
…
第2章 计算机模拟
——力学
1. 2.
代表性模拟结果展示 模拟方法介绍
一般力学（运动学、动力学、振动与冲击） ② 振动特性
外界载荷引起桥梁的共振
一般力学（运动学、动力学、振动与冲击）
③ 冲击
冲击的防护
流体力学（静力学、动力学）
气动外形设计：
外形设计过程
固体力学 ① 材料力学行为-----指导材料设计与加工 本课程关注 重点
薄壁工字梁偏心受扭
固体力学（材料、结构） ② 结构力学行为----指导结构设计（功能、经济性）
需要从行为的过程去深入理解性能；重视环境对性能的影
响。
行为
行为是从一个状态到另一个状态。 种材料也会有不同性能。
外界条件 在不同的外界条件（应力、温度、化学介质、磁场等）下，同一 参量化
性能必须参量化，即材料的性能需要定量地加以表述。
材料性能的分类
物理性能：热、光、电、声、磁、辐照性能 … 强度——s 简单性能 力学性能 弹塑性——E, G, d , f
有限元法——常用软件介绍比较分析
2. MSC.software公司的 DYTRAN软件
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但MSC.DYTRAN本身是一个混合物，在继承了LS-DYNA3D与PISCES的 优点同时，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。 3. HKS公司的ABAQUS软件 ABAQUS是一套先进的通用有限元系统，也是功能最强的有限元软件之 一，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统。ABAQUS有两个主要分 析模块：ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力，如应力和变形、热 交换、质量传递等；ABAQUS/Explicit应用对时间进行显示积分求解，为 处理复杂接触问题提供了有力的工具，适合于分析短暂、瞬时的动态事 件，但对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRAN和LS-DYNA3D 。
鉴于对材料力学行为机制的了解程度不同，分析材料力学性能的方法是 不一样的，不同的研究者也采用不同的方法。
材料的力学性能
概念： 材料的力学性能是关于材料强度的一门学科， 即关于材料在外加载荷（外力）作用下或载荷和环 境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现 的变形、损伤与断裂的行为规律及其物理本质和评 定方法。 力学性能指标： 材料的力学性能常用材料的力学性能指标来表 示。人们常把力学参量的临界值或规定值称为力学 性能指标。
材料成型加工
模拟方法介绍
以上各实例都属于力学数值仿真-----即计算力学范畴。
计算力学常用方法：
计算力学常用软件: CAE,CAD,CFD 编程软件，数据处 理软件…
即有限元法FEM（Finite element method ）是本 课程的主要学习内容。
有限差分法
有限体积法
边界元法
有限元素法 无网格法
有限元法——常用软件介绍比较分析
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。该程序在是在LSDYNA3D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.DYTRAN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用有限体积法跟踪物质 的流动的流体功能，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。
常用材料的力学性能参量：
① 弹性：弹性模量E、切变模量G、比例极限sp和弹性极限se等 ② 强度：屈服强度ss 、抗拉强度sb 、抗弯强度sbb 和疲劳强度sr 等 ③ 塑性：延伸率d、端面收缩率f等 ④ 韧性：静力韧性W、冲击韧性sKV 、断裂韧性KIC等 ⑤ 硬度：布氏硬度HB、洛氏硬度HRC、维氏硬度HV等 ⑥ 耐磨性：线磨损量、相对磨损量等 ⑦ 缺口敏感性：应力集中系数Kt、静拉伸缺口敏感性NSR、疲劳缺口系数 Kf、疲劳缺口敏感系数q等 ⑧ 裂纹扩展速率：应力腐蚀扩展速率da/dt、疲劳裂纹扩展速率da/dN等 ⑨ 寿命：疲劳裂纹扩展寿命N、滞后断裂时间t 等 除上述给出力学性能指标之为，还有诸如刚度Q、形变强化指数n 和裂纹顶 端展开位移COD和应力门槛因子DK等等。
•
1969 年B.A.Szabo 和G.C.Lee指出可以用加权余量法特别是 Galerkin 法，
导出标准的有限元过程来求解非结构问题。
有限元法——形成和发展
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我国的力学工作者为有限元方法的初期发展做出了许多贡献，其中比
较著名的有：陈伯屏（结构矩阵方法），钱令希（余能原理），钱伟长 （广义变分原理），胡海昌（广义变分原理），冯康（有限单元法理 论）。遗憾的是，从1966年开始的近十年期间，我国的研究工作受到阻 碍。 • 有限元法不仅能应用于结构分析，还能解决归结为场问题的工程问 题，从二十世纪六十年代中期以来，有限元法得到了巨大的发展，为工 程设计和优化提供了有力的工具。 • 有限元法是一种数值计算方法。可广泛应用于各种微分方程描述的场 问题的求解。
有限元法——常用软件介绍比较分析
4 ADINA ADINA是一个古老的有限元软件, 有一些很老的版本，它们只有基本的计 算功能，没有前后处理。用它算题，必须自己手工建模，现在看来这些 实在是太落后了，但是，重要的一点是它有源代码。有了源码，就可以 对程序进行改造，满足特殊的需求。其实国内对ADINA的改造还是很多 的，比如将等带宽存储改为变带宽存储，将元素库从整个程序中分离出 来，可以有选择的将将元素编译连接到程序中。还有的在程序中加入了 自己的材料本构关系，也有在元素库中加进了新的单元等等。经过这些 改进，程序的功能得到了扩展，效率得到了提高，更重要得是在一定程 度上具有了自己的知识产权。
冲击动力学------ Msc.Dytran、LS.Dyna
疲劳寿命-------- Msc.Fature
多功能集成------ Msc. MDNastran
、、、、、
有限元法——常用软件介绍比较分析
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。
3.
4.
有限元法
ABAQUS软件介绍
模拟结果展示
计算机模拟技术在传统力学中三大分支中均有运用：
一般力学
运动学、动力学、振动与冲击 固体力学
材料力学行为（本构关系）、结构力学行为（设计）
流体力学 流体静力学、流体动力学
一般力学（运动学、动力学、振动与冲击） ① 运动特性
卫星运行轨道
机构运动形式
有限元法——基本思想
先将求解域离散为有限个单元，单元与单元只在节 点相互连接；----即原始连续求解域用有限个单元的 集合近似代替 对每个单元选择一个简单的场函数近似表示真实场 函数在其上的分布规律，该简单函数可由单元节点 上物理量来表示----通常称为插值函数或位移函数 基于问题的基本方程，建立单元节点的平衡方程 （即单元刚度方程） 借助于矩阵表示，把所有单元的刚度方程组合成整 体的刚度方程，这是一组以节点物理量为未知量的 线形方程组，引入边界条件求解该方程组即可。
•
在1963年前后，经过J.F.Besseling, R.J.Melosh, R.E.Jones, R.H.Gallaher,
T.H.Pian （卞学磺）等许多人的工作，认识到有限元法就是变分原理中 Ritz近似法的一种变形，发展了用各种不同变分原理导出的有限元计算公