Ansys與solidworks有限元分析軟件的比較

1、COSMOS與其他有限元分析軟件的比較COSMOS與其他有限元分析軟件的比較http:cosmos是sw環(huán)境下優(yōu)秀的有限元分析軟件下面轉(zhuǎn)貼一篇比較文章：現(xiàn)在，企業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)是怎樣快速地推出可以信賴的高品質(zhì)產(chǎn)品。達到這一目標的途徑只有縮短產(chǎn)品的設(shè)計周期、降低產(chǎn)品的制造成本。這樣的問題對稍有一些頭腦的人都是可以提出來的，問題是如何去縮短？怎樣來降低呢？在一個現(xiàn)代化的企業(yè)中，CAD/CAM已經(jīng)減少了不少設(shè)計者的負擔，原來被視為CAD/CAM中配角的CAE（計算機輔助工程）已經(jīng)不再是以前的可有可無了，現(xiàn)在已經(jīng)是高品質(zhì)設(shè)計中不可缺少的重要一環(huán)，CAE不僅可以減少CAM中制造實體模型的次數(shù)，還可以幫助

2、設(shè)計者在CAD中合理去建構(gòu)幾何實體模型。因此合理運用CAE可以縮短產(chǎn)品的開發(fā)時間，減少產(chǎn)品制造的成本。這也從一個側(cè)面說明，在整體效益上看，CAD/CAE/CAM已經(jīng)是不可分割的了，并且向集成化的方向發(fā)展是一個必然趨勢。說的具體一點，CAE可以使企業(yè)達到現(xiàn)代化的水準，即可以：1、縮短設(shè)計所需的時間和降低設(shè)計成本。2、在精確的分析結(jié)果下制造出品質(zhì)優(yōu)秀的產(chǎn)品。3、對設(shè)計變更能快速作出反應(yīng)。4、能充分地與CAD集成并對不同類型的問題進行分析。5、能準確地預(yù)測產(chǎn)品的性能。怎樣選擇CAE軟件CAE在企業(yè)中屬高深層技術(shù)的范疇，因此，選擇CAE軟件產(chǎn)品應(yīng)從技術(shù)的角度入手，但軟件的計算速度、分析問題所需的硬盤空

3、間、軟件的使用方便性、軟件的分析功能、與其它CAD/CAE軟件的集成性，是評價CAE軟件的基本準則。目前在全球范圍內(nèi)的CAE軟件產(chǎn)品是非常多的，如COSMOS、ANSYS、NASTRAN、PATRAN、ADINA、SAP、MARC、ASKA、RASNA、JIFEX（國產(chǎn)）等。下面將美國加洲理工學(xué)院PaulM.McEcroy博士對一些CAE軟件的測試結(jié)果公布于此:供一些企業(yè)參考。值得一提的是PaulM.McElroy博士是完全站在公正的、中立的立場上進行這項工作的，并且這些結(jié)果已經(jīng)得了其它有關(guān)專家的進一步證實，目前已經(jīng)成為國際公認的結(jié)論。測試這些結(jié)果的前提是：各種分析題目相對于每一種軟件都具有相

4、同數(shù)目的結(jié)點數(shù)、元素數(shù)和DOF,限于篇幅，這些相同的設(shè)置結(jié)果不累述于此，分析結(jié)果見表1表1:COSMOS、NASTRAN、ANSYS測試結(jié)果比較COSMOSNASTRANANSYS電話手柄靜力最高精確度0.003180.003180.00320解題時間46秒244秒460秒占用磁盤空間11MB73MB240MB墻掛靜力最高精確度0.001590.001590.00165解題時間70秒4920秒360秒占用磁盤空間17MB585MB70MB板手靜力最高精確度0.0755270.0755260.075666解題時間50秒435秒200秒占用磁盤空間6MB112MB50MB磁盤驅(qū)動器振動模型1201

5、5.3HZ2015.3HZ2032.3HZ模型22098.7HZ2098.7HZ2120.2HZ模型33839.7HZ3839.6HZ3887.7HZ模型44154.5HZ4154.5HZ4203.7HZ4596.1HZ4596.2HZ4643.2HZ解題時間41秒180秒710秒占用磁盤空間7.3MB55MB205MB鞍型托架振動模型12465.4HZ2465.4HZ2469.5HZ模型24969.4HZ4969.4HZ4977.7HZ模型37340.0HZ7339.9HZ7352.3HZ模型47722.4HZ7722.4HZ7750.9HZ9432.5HZ9432.5HZ9470.9HZ解

6、題時間160秒430秒1500秒占用磁盤空間10.3MB93.3MB355MB火花塞振動模型14980.4HZ4981.0HZ4964.0HZ模型25005.0HZ5004.8HZ4987.5HZ模型313,142.0HZ13,145.7HZ13,110.6HZ模型413,517.0HZ13,517.4HZ13,437.2HZ模型514,647.0HZ14,656.9HZ14,684.0HZ解題時間350秒1110秒2340秒占用磁盤空間17MB148MB544MB從目前三種流行的分析軟件的測試表中可以看出，COSMOS和NASTRAN的分析結(jié)果是很接近的，而ANSYS的誤差要大一些，NAST

7、RAN是通過犧牲速度來達到精度的，而ANSYS是通過放棄精確度和加大解題占用的磁盤時間來提高速度的。分析一下表1技術(shù)指標的平均值（當然某個領(lǐng)域的分析可能與這個平均值比會有一些出入），COSMOS、NASTRAN、ANSYS解題速度比為1:16:9,解題占用的磁盤空間比為1:14:22。也就是說COSMOS解題的平均速度分別要比NASTRAN和ANSYS快16倍和平倍，而解題占用的磁盤空間分別減少14倍和22倍。從這些數(shù)字也可以看出COSMOS軟件在有限元分析軟件中是技高一籌的。有限元分析軟件CosmosCosmos軟件是美國SRAC（StructureResearchandAnalysisCo

8、rporation）公司的產(chǎn)品，它具有計算速度快、解題時占用磁盤空間少、使用方便、分析功能全面、與其他CAD/CAE軟件集成性好等優(yōu)點，下面簡要介紹一下這些特點。COSMOS為什么速度快？要解釋清楚這個問題應(yīng)該考查一下有限元分析軟件的算法。有限元分析軟件現(xiàn)在基于的算法有兩種：一種是所謂的直接解法，一種是所謂的迭代解法。因為有限元軟件處理的對象大部分是高元方程組，因此直接解法總能求得解，但速度就不能保證很快，雖然迭代法解題的速度很快，但不能保證所有的算法都是收斂的，因此傳統(tǒng)的有限元分析軟件大都采用直接解法。1982年，前蘇聯(lián)的三位數(shù)學(xué)物理博士致力于研究有限元分析的迭代算法的收斂性問題，因為，如果

9、能保證迭代法總是收斂的，就可以大幅度提高解題速度。他們采用窮舉法，分析迭代法中所有發(fā)散的算法，最后總結(jié)出500多種導(dǎo)致迭代法發(fā)散的原因并加以有效的對癥下藥，終于在11年后的1993年發(fā)明了舉世矚目的FFE（快速有PM元法，F(xiàn)astFiniteElement）算法。FFE方法其實就是針對不同的迭代算法總能保證其收斂的改進的迭代法，現(xiàn)在的Cosmos就是采用的這種FFE方法。這是Cosmos解題速度快的一個重要的原因。Cosmos解題時為什么占用的磁盤空間那么少？Cosmos采用的算法是FFE技術(shù)，而FFE技術(shù)是1993年才發(fā)明的，要想把這種快速有限元技術(shù)應(yīng)用到Cosmos軟件中，必須重新編寫Co

10、smos的源代碼，1993年世界上比較先進白C+語言技術(shù)已經(jīng)成熟，面向?qū)ο蠹夹g(shù)、內(nèi)存優(yōu)化管理技術(shù)、磁盤管理技術(shù)也已上了一個新臺階。正是因為在Cosmos的新的源代碼中利用了這些新技術(shù)，所以Cosmos才具有用少的磁盤空間解決復(fù)雜的分析問題的能力。雖然SRAC在重新編寫Cosmos源碼上付出了代價，但卻換回了其他CAE軟件不能比擬的功能。使用方便Cosmos是基于PC+WINDOWS上的軟件，這在使用上很顯然要比基于工作站+Unix上的軟件好用的多。這對熟悉WINDOWS和UNIX使用的人就更清楚，因為有很多文章作這方面的說明，所以，就WINDOWS和UNIX的使用方面在此也不再累述。但值得說明

11、的一點是很多有限元分析軟件都是很早以前用FORTRAN編寫的，所以界面并不都是很友好的，但Cosmos基于的操作系統(tǒng)就是PC機上的WINDOWS,所以就其界面來說必將越來越好。另外，COSMOS為各種分析類型建立了分析步驟示意圖，如果對分析步驟不很明了，可以打開分析步驟示意圖，它會提示應(yīng)該做的每個步驟，就象馬路的交通指揮燈一樣；COSMOS還建立了智慧導(dǎo)向型菜單系統(tǒng)，如果分析問題的準備工作未做好，COSMOS就使相應(yīng)的功能項變暗，使分析無法進行下去，這節(jié)省了誤操作所浪費的時間。Cosmos的功能Cosmos軟件是按模組進行封裝的，也就是說你可以有選擇地購買需要的模組，不需要的模組不必購買。Co

12、sWorks是Cosmos的一個小產(chǎn)品，它是專門為Solidworks軟件做無縫集成的。它可以做的分析有：線性靜力分析（位移與應(yīng)力應(yīng)變計算）、挫曲分析（關(guān)鍵挫曲力與相對變形計算）、頻率分析（共振頻率與相對變形量計算）、熱傳分析（穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)熱流問題及溫度變化速率與熱流量計算）。Cosmos/M是一個全面的CAE軟件，它除了包含Cosworks具有的全部功能外，還具有可以選擇的其它模組：動力分析模組，包括：參數(shù)式材料性質(zhì)與挫曲負截輸入、可平移之頻率輸入、剛體模式、整體質(zhì)量模式、檢查Missed模態(tài)、可與Cosmos/M進階動力模組集成在一起分析。進階動力分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)線性動態(tài)

13、分析。含模態(tài)時域分析、頻域分析、隨機振動、地震力風力以及反應(yīng)頻譜分析等。非線性分析模組，包括：二維與三維非線性靜力與動力分析。含大變形分析、塑性變形分析、貼彈分析、裂縫分析、非線性熱傳與后挫曲分析等。熱傳分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)熱傳導(dǎo)、熱對流與熱幅射分析、計算溫度，等溫線與熱流量等。電磁分析模組，包括：二維與三維，高頻與低頻電磁問題分析。疲勞分析模組，包括：二維與三維結(jié)構(gòu)分析，并且計算疲勞壽命、此外尚可計算裂縫在疲勞應(yīng)力下的發(fā)展趨勢。計算流力分析模組，包括：二維與三維穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)可壓縮或不可壓縮流的分析。并且可以和熱傳分析集成做C0upling效應(yīng)分析。設(shè)計最佳分析模組，包括：二維與

14、三維形狀與大小最佳化分析與設(shè)計、結(jié)與熱傳靈敏度分析FFE-Statics/FFE-Dynamics/Ffe-Thermal,包括：使用FFE技術(shù)去做靜力、動力與熱傳分析。值得一提的是Cosmos的功能雖然很強大，但它的硬件需求只是PC機，這也為企業(yè)引進分析軟件節(jié)約大量的投資。Cosmos的集成性Cosmos在CAD/DAE軟件的集成上做得是比較出色的，Cosmos的基本模組產(chǎn)品Cosworks與風靡全球的三維CAD軟彳SolidWorks已經(jīng)做到了無縫集成的境界。另外Cosmos可以直接利用Solidworks、Pro/E、IDEAS、CADKEY、AMD等三維CAD軟件的幾何模型，與CAE軟彳ANSYS、NASTRAN、PATRAN等也可以進行數(shù)據(jù)溝通。因止匕