[推荐]有限元软件比较

pengpai

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。
4,PATRAN可以根据问题的具体情况，采用灵活的建模方式。点、线、面和实体之间，没有任何创建顺序的限制，底层的几何特征对上层的几何特征没
有必然的约束，可以随意删除底层特征。而ANSYS几何体的创建采用由底向上（point-line-surface-solid）的模式，不能删除底层几何特征（例如，由面生成体后，不能再对面进行删改），给修改模型增加了困难。同时，无疑会增大模型文件。
5,PATRAN伴随着许多功能菜单有一系列相应的图标，建模操作方便明晰。ANSYS无图标，建立几何特征和有限元特征时，辅助选项少。例如，创建线时，只有1种点与点相连生成线的方法，因此必须先有点points。再如，选取线与线的相交点时，相交线都自动被删除，而很多时候，这些线是不能删除的。
6,PATRAN中Geometry和FEM的每一个操作中，有关的选项多。可以利用各种不同的选项构造出复杂的和更精确的Geometry模型和FEM模型。而ANSYS的每个操作，选项都较少，建立复杂模型既困难又麻烦。
7,PATRAN的所有操作不受模型复杂程度的限制，ANSYS的Boolean运算，对于较复杂体，并不能多次地进行运算，主要对简单的几何体比较有效。因此，当建立较大的模型时，比较困难。
8,PATRAN中的Group可以作为一个独立的模型，并在其中添加各种特性参数。GROUP可以象1个特征一样进行Copy 、Translate、Revolve、Mirror等运算,对于创建包含相同几何结构的模型，非常简便。而ANSYS中的Component只能作为一个同类特征（Point、 Line、 Surface、Solid）的集合，没有Transform功能。
9,ANSYS没有模型的装配功能。相应于PATRAN中的Group，ANSYS是omponent。但在建立Component之前，首先必须是已经建立了大的模型（装配模型），然后在模型中选取指定类型的1种几何特征（point、line、surface、solid）或者有限元特征(node、element)，要先有大的装配模型，后有小的部件模型。不能先建立一个空的Component,然后在其中建立模型。这与装配的要求正相反。
10,PATRAN可以在不同的Group中输入.db文件，然后组装在一起，便于建立复杂结构模型和多人并行协同工作。ANSYS没有输入多个.db文件的功能，不能多个人同时建立模型的不同Part部分的.db文件，然后输入一个新文件中组装在一起。
11,PATRAN的几何建模思路和术语同CAD的基本相同。现在CAD/CAE往往紧密相连，CAD软件非常普及的情况下，学会用CAD之后，就很快可以学会用PATRAN建立几何模型。MSC软件可以更紧密地同CAD软件结合在一起。而ANSYS的建模思路和术语与CAD几乎完全不同。
12,ANSYS中需要用户选择确定的单元繁多，凌乱。而NASTRAN虽然提供的单元更多，但根据输入的特性、边界条件和结果求解方式等，在后台自动选取单元类型，因此在PATRAN中简化了有限元模型建立过程，同时也使得模型更准确。
13,PATRAN中进行检查验证最后以图形的形式直观准确地显示出来。而ANSYS绝大部分检查不以图形方式显示，只是以List形式列表。
14,PATRAN中输入参数，既可以离散的形式，也可以通过Field这项功能以解析式PCL FUNCTION的形式，这对于在模型的大范围内输入与模型形状有关的变化参数，既简便又准确。而ANSYS只有离散输入形式。
15,PATRAN中特性Property的修改方便，不需要进入Geometry和FEM中，直接调出相应的Property修改有关的参数即可。而在ANSYS中修改单元特性，要求再选取相应的单元，重新设置参数，经过多次的界面转换。
16,PATRAN中几何模型与有限元模型可以完全脱离，可以单独对几何模型进行各种操作运算而不涉及有限元模型。而在ANSYS中有限元模型完全从属于几何模型，两者连在一起，不能随意改动几何体，无形中会增大.db文件。
17,PATRAN板的厚度可以表示成空间坐标的函数，直接施加在几何模型上，然后传到有限元模型中。而ANSYS只能在每个板单元的4个节点上定义不同的厚度，不能在整个板上定义变厚度。
18,PATRAN中一切特性的名字都以任意简单易记的字符表示，直观明了。ANSYS的材料名、实常数（单元特性）名都只能以1 2 3 …数字的形式命名，区分不同特性时很困难，常常要做笔记注名。数据库中已有哪些特性，也无显示。而修改某项参数时，必须进行几个界面的操作才能完成，很烦琐。
19,PATRAN的边界名字都以字符的形式表示。ANSYS的边界条件名字以数字的形式表示。加多个边界条件时，相互之间进行区分就很困难，修改起来也麻烦。
20,ANSYS输入非线性材料有时存在一定困难。例如，输入与温度有关的材料参数m(T)时，输入温度点T=10℃ 100℃上的m(T)后，就无法再输入T=10℃ 20℃上的m(T)。ANSYS要求后面输入的温度数值必须高于前面相应点的温度数值，前后两组数据存在T= 20℃<T=100℃，就出现问题。
21,PATRAN的Undo功能给建模提供了极大的方便。而ANSYS虽一直想添加此功能，但仍没有实现。
22,PATRAN中模型的鼠标动态亮显功能，以及ERASE功能，方便了选择重叠的特征。ANSYS无此功能。
23,PATRAN在创建模型的过程中，在命令行窗口中实时地显示相应于界面操作的PCL，这便于图形界面和PCL的交互使用，也便于很快熟悉掌握PCL。而ANSYS的APDL命令流却不能显示，只能用编辑器打开.Log文件查看。
24,PATRAN的后处理和前处理一样，都直观显示。PATRAN的后处理界面上，各种工况和计算步都直观地列出在下拉菜单框中，可以随意选取任一步查看计算结果。而ANSYS的载荷工况和计算载荷步并不显示出来，需要列表查询或者查询做的笔记，来查看有什么工况和有多少计算步。
25,PATRAN中后处理可以组合计算结果。利用几个简单的载荷工况，通过施加不同的比例系数，组合出复杂载荷工况的结果
三、浅谈ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS
仅供参考
这里我整理了一下以前我在其它讨论区的发的帖子和本次对CAE软件用户多少的原因浅析，供Abaqus和CAE同仁做“信息参考”，或发挥各自的评论，下面仅是我个人的观点，不偏见任何软件。
1. 市面上最多用户CAE软件---可能是ANSYS
有关市面上各种CAE软件用户究竟有多少? 很难评估，但可以肯定不管什么用户(合法或非法用户)，我个人统计、调研(包括网上论坛、文章发表等)可以肯定ANSYS软件的用户最多。其主要原因是: 1. ANSYS软件自带的前后处理功能较强; 2. Ansys有教育版<＝2000节点(流体)和<=1000节点(固体)、大学版(节点1600和3200)以及商用版(无限制)；3. Ansys软件涉及的面较广(应力场、温度场、流场和电磁场、优化设计、拓扑优化设计、随机有限元等)。Ansys软件的高校教育计划做的比较早、比较好。
2. ABAQUS用户较少的原因
ABAQUS软件进入中国，在我的记忆中，也大约在90年代左右，它本身没有前后处理，国内其前后处理主要借助于Patran软件，这也是发展其用户致命的弱点，到90年代中后期，才开始其前后处理软件的开发，也就是现在的ABAQUS-CAE/Viewer,但是有某些原来的参数引入不进其CAE中，些参数主要是涉及到岩土工程中的某些参数，ABAQUS5.8.14的命令行可以全部引入，但其CAE中不行，后来我一直跟踪ABQUS6.0~6.3.3某些参数还是没有解决，只有回归老版本。但对于机械行业、板筋成形方面一点没有问题。Abaqus在北美的石油行业的研究院所和石油专业的院下均有，他们主要是“租”软件，而不是“买断”软件，只要每年交租金，那么均可以免费升级。而我国主要是“买断”某一版本，要升级就在交升级费。
本身ABAQUS软件的开发一开始就是基于高度非线性问题，其理论性较强，专业性较强，要求用户背景知识的起点较高，加上“以前”又没有自己的前后处理功能，其微机版的问世也比其它软件晚，有没有高校培养计划……因此，导致其用户较少。
3. 单从在结构方面的应用ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS的功能
1)如果做接触问题，选择软件的顺序为Abaqus、Adina、Marc和Ansys，接触问题本身就是一个高度非线性问题，前三者本身就是基于高度非线性问题而开发的，从建立接触对(因为接触对中按材料硬度可分硬－硬、硬－软、软－软，如果相同硬度，那么那个接触体谁大、谁小， 那个是凸面、那个是凹面等－>来确定谁是接触面、谁是目标面等考虑)的方便程度和收敛程度为以上顺序。
2) 如果对结构要做结构优化设计或拓扑优化设计，那么Ansys最强，Ansys软件中直接有优化设计模块，是单目标优化设计，设计变量有结构尺寸变量和状态变量(如某些地方的某种应力不能超过某一值，或某一变形不能超过多少)，优化结构变量写入APDL程序中，如果对APDL程序不是很熟悉，那么可以通过Ansys软件界面菜单完成建模和目标变量和设计变量设置，然后把所有操作过程写入*.log 或*.lgw文件中，它们是文本文件，以APDL程序保存的，用记事本等调出此*.log 文件进行整理，整理出循环迭代结构，另存文件名，在菜单中执行优化模块时，直接调此文件，一次性优化出结果。其它几个软件中没有结构优化设计模块，但也可以通过自己编写个小程序，用MARc、Adina和Abaqus对结构进行优化设计，但首先要熟悉如何取某节点或某单元的结果数据，使其在设计范围内寻求最优。
3)如果从界面菜单上建模方面来讲，目前Adina、Abaqus与Ansys旗鼓相当，MARC最弱，甚至前两者超过ANSYS软件的建模，Adina-m和Abaqus/CAE的建模方式是基于现代CAD的建模方式(如类似Pro/E、UG、Solidwork等，其蒙皮技术、复杂曲面扫描技术远强于ANSYS)。
4) 如果从编程序建模，那么Ansys最强，因为它有自己的APDL程序语言，所有结构尺寸都可以参数化，这也是其率先开发结构优化设计和拓扑优化设计模块的基础。Marc也有一个python,但很不好用。Adina 可以在Adina-in准备文本模型文件，但不能设置变量参数，可以通过文本编辑处理模型数据。Abaqus与Adina一样，可以编辑输入模型文件参数。
5) 如果从结构网格划分的方便程度来讲(这里不指自由网格划分)，设置网格线、面、体的分段数和质量较好的映射网格方面，这几个软件的排序是Abaqus、Ansys、Adina和Marc。
6) 从用于教学方面，只有Ansys(<2000节点)和Adina有教学版(900节点)。

jeff8hot

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