主流CAE有限元分析软件的比较
三维CADCAMCAE主流软件介绍

三维CADCAMCAE主流软件介绍1. SolidWorks:SolidWorks是一款功能强大而易于使用的三维CAD软件。
它提供了丰富的建模工具,可以进行零件和装配件的设计,还支持渲染和动画功能。
SolidWorks还提供了CAE模块,可以进行有限元分析、动态仿真和优化设计。
2.CATIA:CATIA是由达索系统公司开发的大型三维CAD软件。
它提供了全面的设计和制造功能,适用于汽车、航空航天和工业设计等领域。
CATIA还包括了CAE模块,可以进行各种仿真分析,如结构分析、流体力学分析和热分析等。
3.NX:NX是西门子数字工业软件公司开发的三维CAD、CAM和CAE软件。
它具有强大的建模和装配功能,支持多种制造过程,如数控编程、冲压和注塑成型等。
NX还提供了先进的仿真功能,如结构分析、流体流动分析和多体动力学分析等。
4. Creo:Creo是PTC公司开发的三维CAD软件,前身是Pro/ENGINEER。
它提供了全面的CAD功能,包括零件建模、装配设计和绘图等。
Creo还包括了CAM和CAE模块,可以进行数控编程和有限元分析等。
5. AutoCAD:AutoCAD是由美国Autodesk公司开发的三维CAD软件。
它是一个通用的CAD软件,用于设计和绘图。
AutoCAD提供了广泛的建模和绘图工具,可以进行二维和三维设计。
它还支持插件,并与其他CAD软件和CAE软件兼容。
6. Ansys:Ansys是一款强大的有限元分析软件,用于进行结构力学、流体力学和热力学分析。
它提供了全面的仿真功能,并支持多种物理效应的模拟。
Ansys还可以与CAD软件集成,将设计数据直接导入进行分析。
7. Abaqus:Abaqus是由Dassault Systèmes公司开发的有限元分析软件。
它适用于各种仿真分析,包括结构、热、电、磁和流体等。
Abaqus具有高度可扩展性和精度,可以处理复杂的物理问题。
8. HyperWorks:HyperWorks是由阿尔泰亚公司开发的一套集成化的CAE软件平台。
CAE软件对比

Femap with NX Nastran 是一个 基于 Windows 平台开发的有 限元分析环境 ,易于学习, 能够缩短工程 师的学习时 间; Femap 的前处 理功能比较强 大,易于划分 网格; Femap with NX
Nastran 集成许多 解算器可以用 NX nastran 和 Adina 进行非线性问题
• 通过应用编成接口(API) ,Femap能够与外部程序结合,在某种意义上就是由 用户完全定制。 3.其他 CAE 软件优缺点介绍 Femap with NX 软件名称 优势 弱势 Nastran 的完美 解决方案 MSC Nastran MSC Nastran 的是世 在 MSC,Patran 已经 Femap with NX 界上使用最广泛的 停止研发; Nastran 的研发 有限元分析(FEA) 用户现在的维护费 团队与时俱 求解器。 当涉及到模 没有任何价值; 进,不断研发 拟压力,动力,还是 没有新的功能的计 软件,升级功 现实世界的震动以 划; 能,为客户提 及复杂的系统时, 错误修订的危害 – 供更强大的有 MSC Nastran 仍然是 很多 Bug 并且不稳 限元软件,解 目前世界上最好的 定; 决更多的工程 和最值得信赖的软 MSC 几年前就请客 问题; 件。今天,有限元求 户使用他们其他的 Femap 是一个 解器是可靠和准确 产品; 基于 Windows 的, 足以通过 FAA 和 架构很老, 需要替换 平台开发的有 其他监管机构的认 (只支持 32 位计算 限元分析环境 证, 所以零件到复杂 机) ; ,易于学习; 装配的制造商都选 界面陈旧过时; (注:与 Femap with NX Nastran 择了有限元求解器。 MSC 通过持续的重 (注:与 Femap with 新包装来提升价格; 是同出一个源代
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MSCABAQUS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。
有限元软件比较

有限元软件比较1 CAE软件概述CAE(Computer Aided Engineering,计算机辅助工程)是指基于有限元法、有限差分法、有限体积法或者无网格法,利用计算机技术,对复杂工程问题或者产品结构问题进行近似求解的一个软件行业。
在国内有限元法应用最为广泛。
CAE软件可以分为两类:针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件,称之为专用CAE软件;可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和优化,以实现产品技术创新的软件,称之为通用CAE软件。
目前世界上的通用有限元软件数以百计,而各种专用的有限元软件则数以千计,但是知名的有限元软件仅十几个,如表1所示。
表1 常用的有限元分析软件图1 国内知名仿真论坛统计比较图1是国内某知名仿真论坛的帖子总数统计情况,应该能够反映国内目前有限元软件用户的分布情况。
2 有限元软件比较ProCast和Deform分别是铸造和锻造领域相关的软件;而作为国内自主研发比较知名的FEPG,虽然在国内产生了一定的影响,但没能在业界得到广泛应用;ANSYS和ALGOR的优势在于线性分析方面;COMSOL Multiphysics中“Multiphysics”翻译为多物理场,其专注于解决多物理场耦合问题,可以实现任意多物理场高精确的数值仿真;而LS-DYNA的优势在于冲击、碰撞等非线性动力分析方面;ADINA和ABAQUS的优势在于非线性分析方面。
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,如自动步进法、梯度矩阵更新法等,使得复杂的非线性问题(如结构、流体及流固耦合等),具有快速且几乎绝对收敛的特性。
但是ADINA在复杂的接触问题、热机耦合问题以及优化方面的功能明显比ABAQUS和MSC要弱。
而且ADINA的用户大多集中在高校、研究所,在国内外的工程用户比较少,国内的技术支持能力较弱也不够稳定。
MSC是一个软件集体,包括解决非线性问题的Marc、解决线性优化问题的Nastran、解决瞬态非线性问题的Dytran以及解决机械系统动力学问题的Adams。
几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解

几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)是一种数值计算方法,用于求解结构、固体力学、热传导和流体力学等领域中的工程问题。
它通过离散化技术将复杂的连续体问题转化为一个有限数量的单元问题,再通过求解这些单元的代数方程组得到整个问题的近似解。
在工程领域,有限元分析常常被用来进行结构强度、振动、疲劳和优化分析等。
下面将介绍几个常见的有限元分析软件,包括ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA和SolidWorks Simulation。
1.ANSYSANSYS是一款全面的有限元分析软件,包含了结构分析、流体动力学、电磁场分析和耦合多场分析等功能。
它具有强大的前后处理功能和丰富的材料模型库,可以模拟各种复杂的物理现象。
ANSYS还提供了多种优化算法,用于进行结构和材料参数的优化设计。
它广泛应用于航空航天、汽车、能源和电子等领域。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于工程和科学领域的有限元分析软件,主要用于求解复杂的结构、流体和热力学问题。
它具有强大的建模和求解能力,支持线性和非线性分析。
ABAQUS还提供了各种完整的元件库和材料模型,同时支持多学科的耦合分析。
它适用于多种工程和科学领域,如航空航天、汽车、生物医学和材料科学等。
3.LS-DYNALS-DYNA是一款专注于动力学和非线性问题的有限元分析软件,用于模拟高速碰撞、爆炸和弹道问题等。
它具有优秀的显式求解器和平行计算能力,能够处理大型和复杂的模型。
LS-DYNA还提供了丰富的材料模型和接触算法,支持多物理场耦合。
它适用于汽车、航空航天、国防和地震等领域。
4. SolidWorks SimulationSolidWorks Simulation是一款基于SolidWorks CAD软件的有限元分析工具,用于进行结构和流体力学分析。
它提供了友好的用户界面和强大的建模和分析功能,能够快速进行设计验证和性能优化。
CAE各软件介绍全解读

CAE各软件介绍全解读CAE(计算机辅助工程)是一种利用计算机仿真技术来辅助工程师进行工程设计、分析和优化的方法。
CAE软件是实现这一目标的关键工具,用于模拟各种物理现象和工程场景,从而帮助工程师进行设计和分析。
下面是对几款常见的CAE软件进行介绍。
1.ANSYS:ANSYS是一款综合性的CAE软件,具有丰富的分析工具和模块,用于解决各种工程问题。
它可以模拟结构分析、流体力学、电磁场、声学等多个领域,并且支持多物理场耦合分析。
ANSYS具有强大的前后处理功能,可以对模型进行建模、网格划分、结果分析等,同时还提供了优化和参数化建模功能。
2. MSC Software(Nastran、Patran):MSC Software是一系列用于结构和动力学分析的CAE软件的统称。
其中,Nastran是一款强大的有限元分析软件,用于结构分析和优化;Patran是一个前后处理软件,用于建模、网格生成和结果后处理。
这两款软件通常搭配使用,可以进行复杂的结构动力学分析和优化。
3. Siemens PLM Software(NX CAE、Femap):Siemens PLM Software 提供了一系列用于CAE的软件工具。
NX CAE是一款功能强大的CAE软件,支持多物理场耦合分析,如传热、流体力学、结构等,并集成了优化和参数化建模功能。
Femap是一款前后处理软件,用于建模、网格划分和结果后处理。
NX CAE和Femap的结合可以实现全流程的CAE分析。
4. Altair HyperWorks:Altair HyperWorks是一个集成的CAE软件套件,包含了多个模块和工具,可用于多领域的工程分析。
它具有强大的优化和参数化建模功能,支持流体力学、结构和多物理场耦合分析。
HyperWorks还提供了高效的前后处理功能,并与多种CAD软件进行无缝集成。
5. COMSOL Multiphysics:COMSOL Multiphysics是一款用于多物理场耦合模拟的CAE软件。
软件对比分析

COSMOS官方称为“设计校验”,意思是偏重对设计缺陷的检验。
实际操作起来,参数设定环境的加载都更倾向于模拟现实情况。
而网络划分、几何修正等环节基本上是可以让它自动完成的。
当然也可以更改而ansys则是一款老牌的CAE软件,工程分析。
更偏向于专业的工程应用,需要获得精确的分析结果。
操作起来也十分专业,包括网络划分,几何修正、几何体的物理模型等都给与使用者更多的选择,以便达到更加精确的效果。
所以总的说来,COSMOS更适合设计人员使用,来初步检验设计缺陷。
而Ansys则更加偏重专业分析人员来做工程分析。
各种流行软件比较: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:1. 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(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。
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。
2. 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。
CAE软件比较

仅支持 SMP 并行 支持 Win/Linux/ Unix 系统
11.
MSC Easy5
不支持并行 支持 Win/Linux/ Unix 系统
12.
MSC Flight Loads
http://www.mscs
不支持并行 支持 Win/Linux/ Unix 系统
13.
不支持并行 支持 Win/Linux/ Unix 系统
9.
MSC Dytran
不支持并行 支持 Win/Linux/ Unix 系统
限元技术和纯流动的欧拉有限体积技术结构并形成精确独特的流固 耦合技术、集成 Lagrange 技术领先的 LA-DYNA 程序、强大的结构 分析能力、在 MSC Patran 开发环境支持下,易于实现客户化
4.
LS-DYNA
LS-DYNA 是世界上最著名的通用显式动力分析程序,能够模拟真实 世界的各种复杂问题,特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高 速碰撞、 爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题, 同时可以求解传热、 流体及流固耦合问题。LS-DYNA 是功能齐全的几何非线性(大位移、 大转动和大应变) 、材料非线性(140 多种材料动态模型)和接触非线 性(50 多种)程序。它以 Lagrange 算法为主,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、流体-结构耦合功能;以非线性动力分析为主,兼有静力分析 功能(如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算) 。 在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包,与实验的无数次对 比证实了其计算的可靠性,开创了显式算法的先河,被公认为显式算 法的鼻祖
ls-dyna 软件是美 国 lstc 公 司 出 品,不是 ansys 公司的产品,可 以集成到 ansys 环境中
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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。
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DYTR AN和LS-DYNA3D4 ADINAADINA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。
5 ANSYS和NASTR AN因为和NASA的特殊关系,msc nastran在航空航天领域有着崇高的地位。
而ANSYS则在铁道,建筑和压力容器方面应用较多。
尽管目前, ANSYS已发展了很多版本, 其实它们核心的计算部分变化不大,只是模块越来越多。
比如5.1没有lsdyna,和cad软件的接口,到了5.6还有疲劳模块等等。
其实这些模块并不是ANSYS公司自己搞的,就是把别人的东西买来集成到自己的环境里。
NASTRAN最早是用的for windows 2.0。
是nsatran v68集成在femap5里。
nastran的求解器效率比ansys高一些。
有一个算例可以说明,20000多个节点,D版的ansys56建模,用femap7.0转成nastran的dat文件,静力计算及前5阶的线性频率,结果ansys56在PIII450上所用的时间和D版的nastran707在赛杨400上用的时间相当,内存都是128M,全部选项都是缺省的,nastran用子空间迭代法求频率,ansys没仔细看,计算的结果倒是没什么大的差别。
其他还有一些软件例如sap,algor,cosmos等,只是影响比较小。
还有一点值得说明, 目前的有限元软件,求出的位移结果都很准,可应力就不太一样了,这是一个有趣的现象, 大家可以讨论。
另外,从发展上来说,国际上数值模拟软件发展呈现出以下一些趋势特征a. 由二维扩展为三维早期计算机的能力十分有限,受计算费用和计算机储存能力的限制,数值模拟程序大多是一维或二维的,只能计算垂直碰撞或球形爆炸等特定问题。
随着第三代、第四代计算机的出现,才开始研制和发展更多的三维计算程序。
现在,计算程序一般都由二维扩展到了三维,如LSDYNA2D和LSDYNA3D,AUTODYN2D 和AUTODYNA3D,但也有完全在三维基础上开发的,如MSC.DYTRAN,就没有二维功能。
b. 从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题数值模拟分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来,逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析,实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。
近年来数值模拟方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算,最近又发展到求解几个交叉学科的问题。
例如内爆炸时,空气冲击波使墙、板、柱产生变形,而墙、板、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传播……这就需要用固体力学和流体动力学的数值分析结果交叉迭代求解,即所谓“流—固耦合”的问题。
c. 从单一坐标体系发展多种坐标体系数值模拟软件在开始阶段一般采用单一坐标,或采用拉格朗日坐标或采用欧拉坐标,由于这两种坐标自身的缺陷,计算分析问题的范围都有很大的限制。
为克服这种缺陷,采用了三种方法,一是两个程序简单组合,如CTH—EPIC,爆炸与侵彻由不同的程序分开计算;二是在同一程序中采用多种坐标体系,如DYNA3D 中早期采用的是拉格朗日坐标,而LSDYNA3D的最新版除原有类型外,新加了欧拉方法以及拉格朗日与欧拉耦合方法,而最近几年才发展的DYTRAN则是拉格朗日型的LSDYNA3D(1988版)与欧拉型的PISCES的整合体;三是采用新的计算方法,如SPH等,SPH法不用网格,没有网格畸变问题,所以能在拉格朗日格式下处理大变形问题,同时,SPH法允许存在材料界面,可以简单而精确地实现复杂的本构行为,也适用于材料在高加载速率下的断裂等问题的研究。
d. 由求解线性工程问题进展到分析非线性问题随着科学技术的发展,线性理论已经远远不能满足设计的要求。
诸如岩石、土壤、混凝土等,仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题,只有采用非线性数值算法才能解决。
众所周知,非线性的数值计算是很复杂的,它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧,很难为一般工程技术人员所掌握。
为此,近年来国外一些公司花费了大量的人力和投资,开发了诸如LSDYNA3D、ABAQUS和AUTODYN等专长于求解非线性问题的有限元分析软件,并广泛应用于工程实践。
这些软件的共同特点是具有高效的非线性求解器以及丰富和实用的非线性材料库。
e. 增强可视化的前置建模和后置数据处理功能早期数值模拟计算软件的研究重点在于推导新的高效率求解方法和高精度的单元。
随着数值分析方法的逐步完善,尤其是计算机运算速度的飞速发展,整个计算系统用于求解运算的时间越来越少,而数据准备和运算结果的表现问题却日益突出。
在现在的工程工作站上,求解一个包含10万个方程的有限元模型只需要用几十分钟。