有限元分析軟件比較分析教學(xué)文案

有限元分析軟件比較分析精品文檔有限元分析軟件有限元分析是對于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是 50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域 --飛機結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元分析軟件目前最流行的有： ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四個比較知名比較大的公司，其中 ADINA、ABAQUS在非線性分析方面有較強的能力目前是業(yè)內(nèi)最認可的兩款有限元分析軟件， ANSYS、MSC進入中國比較早所以在國內(nèi)知名 度高應(yīng)用廣泛。目前在多物理場耦合方面幾大公司都可以做到結(jié)構(gòu)、流體、熱的耦合 分析，但是除ADINA以外其它三個必須與別的軟件搭配進行迭代分析，唯一能做到 真正流固耦合的軟件只有 ADINA。ANSYS是商業(yè)化比較早的一個軟件，目前公司收購了很多其他軟件在旗下。 ABAQUS專注結(jié)構(gòu)分析目前沒有流體模塊。 MSC是比較老的一款軟件目前更新速度比 較慢。ADINA是在同一體系下開發(fā)有結(jié)構(gòu)、流體、熱分析的一款軟件，功能強大但進入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開。結(jié)構(gòu)分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流體分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性價比排名：最好的是 ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSCABAQUS軟件與ANSYS軟件的對比分析 ：收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔1．在世界范圍內(nèi)的知名度 ：兩種軟件同為國際知名的有限元分析軟件，在世界范圍內(nèi)具有各自廣泛的用戶群。ANSYS軟件在致力于線性分析的用戶中具有很好的聲譽，它在計算機資源的利 用，用戶界面開發(fā)等方面也做出了較大的貢獻。ABAQUS軟件則致力于更復(fù)雜和深 入的工程問題，其強大的非線性分析功能在設(shè)計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的 認可。由于ANSYS產(chǎn)品進入中國市場早于 ABAQUS，并且在五年前 ANSYS的界面是當時最好的界面之一，所以在中國，ANSYS軟件在用戶數(shù)量和市場推廣度方面要高 于ABAQUS。但隨著ABAQUS北京辦事處的成立，ABAQUS軟件的用戶數(shù)目和市場占有率正在大幅度和穩(wěn)步提高，并可望在今后的幾年內(nèi)趕上和超過ANSYS。3．性價比：ANSYS軟件由于價格政策靈活，具有多種銷售方案，在解決常規(guī)的線性及耦合 問題時，具有較好的性價比。但在實際工程中，非線性是比線性遠為普遍的自然現(xiàn)象， 線性通常只是非線性的理想化假設(shè)。隨著研究水平的提高和研究問題的深入，非線性問題必然成為工程師和 研究人員面臨的 課題，并成為制約深入研究和精確設(shè)計的瓶頸。購買ABAQUS軟件可以很好地解決這些問題，縮短研制周期、減少試驗投入，避免重新設(shè)計。工欲善其事，必先利其器，使用不恰當或低檔的分析工具進行工作的成本要遠超過使用合適工具的成本。因此，從綜合效益和長遠效益而言，ABAQUS軟件的經(jīng)濟性也是非常突出的。4．求解器功能．對于常規(guī)的線性問題，兩種軟件都可以較好的解決，在模型規(guī)模限制、計算流程、 計算時間等方面都較為接近。 ABAQUS軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優(yōu)勢。其非線性涵蓋材料非 線性、幾何非線性和狀收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔態(tài)非線性等多個方面。 另外，由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(顯式積分)同為ABAQUS公司的產(chǎn)品，它們之間的數(shù)據(jù)傳遞非常方便，可以很容易地考慮預(yù)緊力等靜 力和動力相結(jié)合的計算情況。ABAQUS軟件的求解器是智能化的求解器，可以解決其它軟件不收斂的非線性問題，其它軟件也收斂的非線性問題5．人機交互界面．ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近開發(fā)的軟件運行平臺，他汲取了同類軟件和 CAD軟件的優(yōu)點，同時與 ABAQUS求解器軟件緊密結(jié)合。與其他有限元軟件的界面程序比， ABAQUS/CAE具有以下的特點： l采用CAD方式建模和可視化視窗系統(tǒng)，具有良好的人機交互特性。 l強大的模型管理和載荷管理手段，為多任務(wù)、多工況實際工程問題的建模和仿 真提供了方便。l鑒于接觸問題在實際工程中的普遍性，單獨設(shè)置了連接 (interaction)模塊，可以精確地模擬實際工程中存在的多種接觸問題。 l采用了參數(shù)化建模方法，為實際工程結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計與優(yōu)化，結(jié)構(gòu)修改提供了 有力工具。6．綜合性能對比．綜合起來，ABAQUS軟件具有：l更多的單元種類，單元種類達433種，提供了更多的選擇余地，并更能深入反 映細微的結(jié)構(gòu)現(xiàn)象和現(xiàn)象間的差別。除常規(guī)結(jié)構(gòu)外，可以方便地模擬管道、接頭以及 纖維加強結(jié)構(gòu)等實際結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為l更多的材料模型，包括材料的本構(gòu)關(guān)系和失效準則等，僅橡膠材料模型就達16種。除常規(guī)的金屬材料外ANSYS軟件與ABAQUS軟件、ADINA軟件的對比分析1．在世界范圍內(nèi)的知名度 ：三種軟件同為國際知名的有限元分 析軟件，在世界范圍內(nèi)具有各自廣泛的用戶群。收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔ANSYS軟件在致力于線性分析的用戶中具有很好的聲譽； ABAQUS軟件則致力于復(fù)雜和深入的非線性工程問題；而 ADINA軟件除了求解非線性問外，其多物理場的流固耦合求解功能也是全球唯一的專利技術(shù)。2．應(yīng)用領(lǐng)域：三種軟件同為大型通用分析軟件，都具有各自廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。ANSYS注重應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和合并，目前已覆蓋結(jié)構(gòu)、溫度、流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領(lǐng)域； ABAQUS則只具備結(jié)構(gòu)分析功能，功能僅局限于結(jié)構(gòu)力學(xué)領(lǐng)域；而 ADINA軟件和ANSYS軟件一樣都包括結(jié)構(gòu)、溫度、流體及 流固耦合的功能，因此其應(yīng)用領(lǐng)域也是相當廣泛。3．性價比三種軟件同為美國的有限元分析軟件，在價格方面相差不是特別大，不過由于ABAQUS軟件僅具有結(jié)構(gòu)分析的功能，因此從整體來看ABAQUS軟件是最為便宜的； 不過如果需要進行流體計算或者多物理場耦合求解功能的話，則相信 ANSYS軟件和ADINA軟件都會是更好的選擇。4．求解器功能．對于常規(guī)的結(jié)構(gòu)線性問題，三種軟件都可以較好的解決，在模型規(guī)模限制、計算 流程、計算時間等方面都較為接近。 ABAQUS軟件和ADINA軟件在求解非線性問題時具有非常明顯的優(yōu)勢；而 ANSYS軟件和ADINA軟件則在流體和多物理場耦合功能方面具有無可比擬的優(yōu)勢。5．人機交互界面．ANSYS/Workbench、ABAQUS/CAE、ADINA/AUI 都是采用CAD方式建模和可視化視窗系統(tǒng)，都具有良好的人機交互特性。三種軟件都除了提供窗口操作外都還提 供命令流輸入，但是 ABAQUS/CAE并不對所有的命令流都支持 CAE界面操作。6．建模方式．ANSYS軟件和ADINA軟件都采用Parasolid為核心的實體建模技術(shù)，因此可以 和其它Parasolid為核心的CAD軟件實行真正無縫的雙向數(shù)收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔據(jù)交換，且該兩種軟件 自身的建模功能很強大。 ABAQUS軟件的CAE模塊和輸入文件兩種建模方式是由 而兩家不同的公司研制的。7．網(wǎng)格劃分．三種軟件都提供多種網(wǎng)格劃分器，可以進行復(fù)雜模型的自由網(wǎng)格劃分。除常見網(wǎng)格劃分外， ANSYS軟件和ADINA軟件還可以對復(fù)雜模型進行自動六面體網(wǎng)格劃分，從而在節(jié)省技術(shù)人員工作時間的情況下又保證了網(wǎng)格的精度。8．綜合性能對比．ANSYS軟件的命令流操作非常方便，對于結(jié)構(gòu)循環(huán)優(yōu)化方面比較有優(yōu)勢，但目 前還只是局限于線性方面，非線性方面功能很差而且基本沒有；ABAQUS軟件則在顯式非線性方面有些特色， 但隱式非線性方面比不上ADINA，且不具備流體的功能；ADINA軟件則在結(jié)構(gòu)非線性及多物理場耦合方面非常出色，是全球非線性功能最強大的有限元軟件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。有限元分析軟件的比較及展望隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,人們正在不斷建造更為快速的交通工具 ,更大規(guī)模的建筑物,更大跨度的橋梁,更大功率的發(fā)電機組和更為精密的機械設(shè)備.這一切都要求工程師在設(shè)計階段就能精確地預(yù)測出產(chǎn)品和工程的技術(shù)性能,需要對結(jié)構(gòu)的靜,動力強度以及溫度場,流場,電磁場和滲流等技術(shù)參數(shù)進行分析計算.例如分析計算高層建筑和大跨度橋梁在地震時所受到的影響 ,看看是否會發(fā)生破壞性事故;分析計算核反應(yīng)堆的溫度場 ,確定傳熱和冷卻系統(tǒng)是否合理;分析渦輪機葉片內(nèi)的流體動力學(xué)參數(shù) ,以提高其運轉(zhuǎn)效率.這些都可歸結(jié)為求解物 理問題的控制偏微分方程式 ,這些問題的解析計算往往收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔是不現(xiàn)實的.近年來在計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析(FEA,FiniteElementAnalysis)方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑.在工程實踐中,有限元分析軟件與 CAD系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍 ,主要表現(xiàn)在以下幾個方面 :增加設(shè)計功能,減少設(shè)計成本;縮短設(shè)計和分析的循環(huán)周期 ;增加產(chǎn)品和工程的可靠性 ;模擬各種試驗方案,減少試驗時間和經(jīng)費;進行機械事故分析,查找事故原因.在大力推廣CAD技術(shù)的今天,從自行車到航天飛機,所有的設(shè)計制造都離 不開有限元分析計算,FEA在工程設(shè)計和分析中將得到越來越廣泛的重視 .國際上早20世紀在50年代末,60年代初就投入大量的人力和物力開發(fā)具有強大 功能的有限元分析程序.其中最為著名的是由美國國家宇航局 (NASA)在1965年委托美國計算科學(xué)公司和貝爾航空系統(tǒng)公司開發(fā)的 NASTRAN有限元分析系統(tǒng).該系統(tǒng)發(fā)展至今已有幾十個版本 ,是目前世界上規(guī)模最大,功能最強的有限元分析系統(tǒng).從那時到現(xiàn)在,世界各地的研究機構(gòu)和大學(xué)也發(fā)展了一批規(guī)模較小 但使用靈活,價格較低的專用或通用有限元分析軟件 ,主要有德國的ASKA,英國的PAFEC法國的SYSTUS,美國的ABQUS,ADINA,ANSYS,BERSAFE,BOSOR,COSMOS,ELAS,MARC和STARDYNE等公司的產(chǎn)品.以下對一些常用的軟件進行一些比較分析 :1.LSTC公司的LS-DYNA系列軟件收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔LS-DYNA是一個通用顯式非線性動力分析有限元程序 ,最初是1976年在美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (LawrenceLivermoreNationalLab.)由J.O.Hallquist主持開發(fā)完成的,主要目的是為核武器的彈頭設(shè)計提供分析工具 ,后經(jīng)多次擴充和改進,計算功能更為強大.此軟件受到美國能源部的大力資助以及世界十余家 著名數(shù)值模擬軟件公司(如ANSYS,MSC.software,ETA等)的加盟,極大地加強了其的前后處理能力和通用性 ,在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的使用 .在軟件的廣告中聲稱可以求解各種三維非線性結(jié)構(gòu)的高速碰撞 ,爆炸和金屬成型等接 觸非線性,沖擊載荷非線性和材料非線性問題 .即使是這樣一個被人們所稱道的 數(shù)值模擬軟件,實際上仍在諸多不足,特別是在爆炸沖擊方面,功能相對較弱,其歐拉混合單元中目前最多只能容許三種物質(zhì),邊界處理很粗糙,在拉格朗日——歐拉結(jié)合方面不如DYTRAN靈活.2.MSC.software公司的DYTRAN軟件當前另一個可以計算侵徹與爆炸的商業(yè)通用軟件是 MSC.SoftwareCorporation(MSC公司)的MSC.DYTRAN程序.該程序在是在LS-DYNA3D的框架下,在程序中增加荷蘭 PISCESINTERNATIONAL 公司開發(fā)的PICSES的高級流體動力學(xué)和流體——結(jié)構(gòu)相互作用功能 ,還在PISCES的歐拉模式算法基礎(chǔ)上,開發(fā)了物質(zhì)流動算法和流固耦合算法 .在同類軟件中,其高度非線性,流—固耦合方面有獨特之處.MSC.DYTRAN的算法基本上可以概況為 :MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格式的有限單元方法(FEM)模擬結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力,用基于純Euler收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔格式的有限體積方法(FVM)描述材料(包括氣體和液體)流動,對通過流體與固體界面?zhèn)鬟f相互作用的流體—結(jié)構(gòu)耦合分析 ,采用基于混合的 Lagrange格式和純Euler格式的有限單元與有限體積技術(shù) ,完成全耦合的流體-結(jié)構(gòu)相互作用模擬.MSC.DYTRAN用有限體積法跟蹤物質(zhì)的流動的流體功能 ,有效解決了大變形和 極度大變形問題,如:爆炸分析,高速侵徹.但MSC.DYTRAN本身是一個混合物,在繼承了LS-DYNA3D與PISCES的優(yōu)點同時,也繼承了其不足.首先,材料模型不豐富,對于巖土類處理尤其差,雖然提供了用戶材料模型接口 ,但由于程序本身的缺陷,難于將反映材料特性的模型加上去;其次,沒有二維計算功能.3.HKS公司的ABAQUS軟件ABAQUS是一套先進的通用有限元系統(tǒng) ,也是功能最強的有限元軟件之一,可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng) .ABAQUS有兩個主要分析模塊:ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力,如應(yīng)力和變形,熱交換,質(zhì)量傳遞等;ABAQUS/Explicit 應(yīng)用對時間進行顯示積分求解 ,為處理復(fù)雜接觸問題提供了有力的工具,適合于分析短暫,瞬時的動態(tài)事件,但對爆炸與沖擊過程的模擬相對不如DYTRAN和LS-DYNA3D4.ADINAADINA是一個古老的有限元軟件 ,有一些很老的版本,它們只有基本的計算功能,沒有前后處理.用它算題,必須自己手工建模,現(xiàn)在看來這些實在是太落后了,但是,重要的一點是它有源代碼 .有了源碼,就可以對程序進行改造,滿足特殊的需求.其實國內(nèi)對ADINA的改造還是很多的,比如將等帶寬收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔存儲改為變帶寬存儲,將元素庫從整個程序中分離出來 ,可以有選擇的將將元素編譯連接到程序中.還有的在程序中加入了自己的材料本構(gòu)關(guān)系 ,也有在元素庫中加進了新 的單元等等.經(jīng)過這些改進,程序的功能得到了擴展,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識產(chǎn)權(quán) .5.ANSYS和NASTRAN因為和NASA的特殊關(guān)系,mscnastran在航空航天領(lǐng)域有著崇高的地位.而ANSYS則在鐵道,建筑和壓力容器方面應(yīng)用較多.盡管目前,ANSYS已發(fā)展了很多版本,其實它們核心的計算部分變化不大,只是模塊越來越多.比如5.1沒有l(wèi)sdyna,和cad軟件的接口,到了5.6還有疲勞模塊等等.其實這些模塊并不是ANSYS公司自己搞的,就是把別人的東西買來集成到自己的環(huán)境里.NASTRAN最早是用的forwindows2.0.是nsatranv68集成在femap5里.nastran的求解器效率比 ansys高一些.有一個算例可以說明,20000多個節(jié)點,D版的ansys56建模,用femap7.0轉(zhuǎn)成nastran的dat文件,靜力計算及前5階的線性頻率,結(jié)果ansys56在PIII450上所用的時間和 D版的nastran707在賽楊400上用的時間相當,內(nèi)存都是128M,全部選項都是缺省的,nastran用子空間迭代法求頻率,ansys沒仔細看,計算的結(jié)果倒是沒什么大的差別.其他還有一些軟件例如sap,algor,cosmos等,只是影響比較小.還有一點值得說明,目前的有限元軟件,求出的位移結(jié)果都很準,可應(yīng)力就不太一樣了,這是一個有趣的現(xiàn)象,大家可以討論.呈現(xiàn)出以下一些趨勢特征由二維擴展為三維早期計算機的能力十分有限,受計算費用和計算機儲存能力的限制,數(shù)值模擬程序大多是一維或二維的,只能計算垂直碰撞或球形爆炸收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔等特定問題.隨著第三代,第四代計算機的出現(xiàn),才開始研制和發(fā)展更多的三維計算程序.現(xiàn)在,計算程序一般都由二維擴展到了三維 ,如LSDYNA2D和LSDYNA3D,AUTODYN2D 和AUTODYNA3D,但也有完全在三維基礎(chǔ)上開發(fā)的 ,如MSC.DYTRAN,就沒有二維功能.B. 從單純的結(jié)構(gòu)力學(xué)計算發(fā)展到求解許多物理場問題 數(shù)值模擬分析方法最早是從結(jié)構(gòu)化矩陣分析發(fā)展而來 ,逐步推廣到板,殼和實體等連續(xù)體固體力學(xué)分析,實踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法.近年來數(shù)值模擬方法已發(fā)展到流體力學(xué),溫度場,電傳導(dǎo),磁場,滲流和聲場等問題的求解計算,最近又發(fā)展到求解幾個交叉學(xué)科的問題.例如內(nèi)爆炸時,空氣沖擊波使墻,柱產(chǎn)生變形,板,而墻,柱的變形又反過來影響到空氣沖擊波的傳播板.從單一坐標體系發(fā)展多種坐標體系數(shù)值模擬軟件在開始階段一般采用單一坐標,或采用拉格朗日坐標或采用歐拉坐標,由于這兩種坐標自身的缺陷,計算分析問題的范圍都有很大的限制.為克服這種缺陷,采用了三種方法,一是兩個程序簡單組合,如CTH—EPIC,爆炸與侵徹由不同的程序分開計算;二是在同一程序中采用多種坐標體系,如另外,從發(fā)展上來說,國際上數(shù)值模擬軟件發(fā)展。DYNA3D中早期采用的是拉格朗日坐標 ,而LSDYNA3D的最新版除原有類型外,新加了歐拉方法以及拉格朗日與歐拉耦合方法 ,而最近幾年才發(fā)展的DYTRAN則是拉格朗日型的 LSDYNA3D(1988版)與歐拉型的PISCES的整合體;三是采用新的計算方法,如SPH等,SPH法不用網(wǎng)格,沒有網(wǎng)格畸變問題,所以能在拉格朗日格式下處理大變形問題,同時,SPH法允許存在材料界面,可以簡單而精確地實現(xiàn)復(fù)雜的本構(gòu)行為 ,也適用于材料在高加載速率下的斷裂等 問題的研究收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔D. 由求解線性工程問題進展到分析非線性問題 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,線性理論已經(jīng)遠遠不能滿足設(shè)計的要求 .諸如巖石,土壤,混凝土等,僅靠線性計算理論就不足以解決遇到的問題 ,只有采用非線性數(shù)值算 法才能解決.眾所周知,非線性的數(shù)值計算是很復(fù)雜的 ,它涉及到很多專門的數(shù) 學(xué)問題和運算技巧,很難為一般工程技術(shù)人員所掌握 .為此,近年來國外一些公 ABAQUS和AUTODYN司花費了大量的人力和投資,開發(fā)了諸如LSDYNA3D,等專長于求解非線性問題的有限元分析軟件,并廣泛應(yīng)用于工程實踐 .這些軟件的共同特點是具有高效的非線性求解器以及豐富和實用的非線性材料庫 .E. 增強可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能 早期數(shù)值模擬計算軟件的研究重點在于推導(dǎo)新的高效率求解方法和高精度 的單元.隨著數(shù)值分析方法的逐步完善,尤其是計算機運算速度的飛速發(fā)展 ,整個計算系統(tǒng)用于求解運算的時間越來越少,而數(shù)據(jù)準備和運算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻 日益突出.在現(xiàn)在的工程工作站上,求解一個包含10萬個方程的有限元模型只需要用幾十分鐘.但如果用手工方式來建立這個模型,然后再處理大量的計算結(jié)果則需用幾周的時間.可以毫不夸張地說,工程師在分析計算一個工程問題時有80%以上的精力都花在數(shù)據(jù)準備和結(jié)果分析上[14].因此目前幾乎所有的商業(yè)化數(shù)值模擬程序系統(tǒng)都有功能很強的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理模塊.在強調(diào)"可視化"的今天,很多程序都建立了對用戶非常友好的GUI圖形用戶界面—Graphics(UserInterface),使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進行網(wǎng)格自動劃分,生成有限元分析所需數(shù)據(jù),并按要求將大量的計算結(jié)果整理成變形圖.與CAD軟件的無縫集成收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔與通用CAD軟件的集成使用,即在用CAD軟件完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后,自動生成有限元網(wǎng)格并進行計算,如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計要求則重新進行構(gòu)造和計算,直到滿意為止,從而極大地提高了設(shè)計水平和效率 .今天,工程師可以在集成的CAD和數(shù)值模擬軟件環(huán)境中快捷地解決一個在以前無法應(yīng)付的復(fù)雜工程分析問題.所以當今所有的商業(yè)化有限元系統(tǒng)商都開發(fā)了和著名的CAD軟件(例如AutoCAD,Pro/ENGINEER,Unigraphics,SolidEdge,SolidWorks,IDEAS等)的接口.G．工作平臺多樣化 早期的數(shù)值分析軟件基本上都是在大中型計算機上開發(fā)和運行的,后來又發(fā)展到以工程工作站(EWS,EngineeringWorkStation)上,它們的共同特點都是采用UNIX操作系統(tǒng).PC機的出現(xiàn)使計算機的應(yīng)用發(fā)生了根本性的變化,工程師渴望在辦公桌上完成復(fù)雜工程分析的夢想成為現(xiàn)實 .但是早期的PC機采用16位CPU和DOS操作系統(tǒng),內(nèi)存中的公共數(shù)據(jù)塊受到限制 ,因此當時計算模型的規(guī)模不能超過 1萬階方程.MicrosoftWindows操作系統(tǒng)和32位的IntelPentium處理器的推出,為PC機用于有限元分析提供了必需的軟件和硬件支撐平臺.因此當前國際上著名的有限元程序研究和發(fā)展機構(gòu)都紛紛將他們的軟件移值到Windows平臺上.最新高檔PC機的求解能力已和中低檔的 EWS不相上下.為了將在大中型計算機和 EWS上開發(fā)的有限元程序移值到 PC機上,常常需要采用Hummingbird公司的一個仿真軟件 Exceed.這樣做的結(jié)果比較麻煩,而且不能充分利用PC機的軟硬件資源.所以最近有些公司,例如ANSYS,MSC.software等開始在Windows平臺上開發(fā)有限元程序,大多采用了OpenGL圖形編程軟件,同時還有在PC機上的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境中開發(fā)的有限元程序 包.收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔再談一下國內(nèi)的發(fā)展情況和前景1979年美國的SAP5線性結(jié)構(gòu)靜,動力分析程序向國內(nèi)引進移植成功 ,掀起了應(yīng)用通用有限元程序來分析計算工程問題的高潮 .這個高潮一直持續(xù)到 1981年ADINA非線性結(jié)構(gòu)分析程序引進,一時間許多一直無法解決的工程難題都迎刃而解了.大家也都開始認識到有限元分析程序的確是工程師應(yīng)用計算機進行分析計算的重要工具.但是當時限于國內(nèi)大中型計算機很少,大約只有杭州汽輪機廠的Siemens7738和沈陽鼓風(fēng)機廠的IBM4310安裝有上述程序,所以用戶算題非常不方便,而且費用昂貴.PC機的出現(xiàn)及其性能奇跡般的提高,為移植和發(fā)展PC版本的有限元程序提供了必要的運行平臺 .可以說國內(nèi)FEA軟件的發(fā)展一直是圍繞著PC平臺做文章.在國內(nèi)開發(fā)比較成功并擁有較多用戶 (100家以上)的有限元分析系統(tǒng)有大連理工大學(xué)工程力學(xué)系的 FIFEX95,北京大學(xué)力學(xué)與科學(xué)工程系的SAP84,中國農(nóng)機科學(xué)研究院的 MAS5.0和杭州自動化技 術(shù)研究院的MFEP4.等.但正如上面所述,國外很多著名的有限元分析公司已 經(jīng)從前些年對PC平臺不屑一顧轉(zhuǎn)變?yōu)闊嶂园l(fā)展 ,對國內(nèi)FEA程序開發(fā)者來說發(fā)展PC版本不再具有優(yōu)勢,而以后應(yīng)該從下面幾方面加以努力 :研究開發(fā)求解非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的FEA程序經(jīng)過幾十年的研究和發(fā)展,用于求解固體力學(xué)的有限元方法和軟件已經(jīng)比較成熟 ,現(xiàn)在研究的前沿問題是流體動力學(xué),可壓縮和不可壓縮流體的流動等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的問題 .由于國內(nèi)沒有類似功能的商品化軟件 ,所以國外的軟件就賣得非常貴 .為了破這種壟斷局面,我們必須發(fā)展有自主版權(quán) ,用于分析流體等非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的軟件.因為流體力學(xué)問題遠比固體復(fù)雜得多,而且很少有現(xiàn)成的軟件可以借鑒,所以需要投入大量的人力和經(jīng)費.這就必須有國家和大型企業(yè)集團來支持.收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔開發(fā)具有中國特色的自動建模技術(shù)和GUI開發(fā)建模技術(shù)和GUI的投入比前述課題要少得多,但卻可以大大提高FEA軟件的性能和用戶接受程度,從而起到事半功倍的效果.國內(nèi)不少人在這方面做了很多工作 ,但是由于當時PC機上的圖形支撐環(huán)境有限,所以開發(fā)的效果都不甚理想 .Windows中提供了OpenGL圖形標準,為在PC機上應(yīng)用可視化圖形技術(shù)開發(fā) GUI提供了強有力的工具.OpenGL是當今國際上公認的高性能圖形和交互式視景處理標準 ,應(yīng)用它開發(fā)出來的三維圖形軟件深受專業(yè)技術(shù)人員的鐘愛 ,目前世界上占主導(dǎo)地位的計算機公司都采用了這一標準.正如前面所述,近年來國外有的 FEA程序已拋開仿真軟 件.與具有我國自主版權(quán)的CAD軟件集成前面已經(jīng)講過,當今有限元方法的一個重要特點是和CAD軟件的無縫集成.作為我國自行開發(fā)的FEA程序,首先要考慮和我國自主版權(quán)的CAD軟件集成.因為有限元分析主要用于形狀比較復(fù)雜的零部件,所以要和具有三維造型功能和CAD軟件集成,使設(shè)計和分析緊密結(jié)合,融為一體.注塑成型流動模擬技術(shù)的新進展——從中面流到雙面流再到實體流從中面流到雙面流再到實體流華中科技大學(xué)李德群注塑成型流動模擬技術(shù)旨在預(yù)測塑料熔體流經(jīng)流道 ,澆口并填充模具型腔的過程,計算澆注系統(tǒng)及模具型腔的壓力場 ,溫度場,速度場,剪切應(yīng)變速率場和剪切應(yīng)力場的分布,并將分析結(jié)果以圖表,等值線圖和真實感圖的方式直觀地反映在計算機的屏幕上.由于采用流動模擬可優(yōu)化澆口數(shù)目 ,澆口位置和注射成型工藝參數(shù),預(yù)測所需的注射壓力和鎖模力 ,并發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔注射不足,燒焦,不合理的熔接痕位置和氣穴等缺陷 ,流動模擬軟件一經(jīng)問世便得到了塑料行業(yè)和 模具界的好評,應(yīng)用范圍與日俱增.二十余年的推廣應(yīng)用,成千上萬的成功范例,日新月異的塑料工業(yè)又推動著注塑成型流動模擬技術(shù)不斷的改進和發(fā)展,經(jīng)歷了從中面流技術(shù)到雙面流技術(shù)再到實體流技術(shù)這三個具有重大意義的里程碑.圖1基于中面模型的模擬過程(a)3維實體/表面模型;(b)中面模型;(c)中面模型網(wǎng)格劃分;(d)模擬結(jié)果顯示二,中面流技術(shù)中面流技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀80年代.其數(shù)值方法主要采用基于中面的有限元/有限差分/控制體積法.所謂中面是需要用戶提取的位于模具型腔面和型芯中間的層面,其模擬過程如圖1所示.基于中面流技術(shù)的注塑流動模擬軟件應(yīng)用的時間最長,范圍也最廣,其典型代表如國外Moldflow公司的MF軟件,原AC-Tech公司(被Moldflow公司并購)的C-Mold軟件,國內(nèi)華中科技大學(xué)國家模具技術(shù)國家重點試驗室的 HSCAE-F3.0軟件.實踐表明,基于中面流技術(shù)的注塑成型流動軟件在應(yīng)用中具有很 大的局限性,具體表現(xiàn)為:(1)用戶必須構(gòu)造出中面模型 ,采用手工操作直接由 實體/表面模型構(gòu)造中面模型十分困難;(2)獨立開發(fā)的注塑成型流動模擬軟件 (如上述的MF,C-Mold和HSCAE-F3.0軟件)造型功能較差,根據(jù)產(chǎn)品模型構(gòu) 造中面往往需要花費大量的時間;(3)由于注塑產(chǎn)品的千變?nèi)f化 ,由產(chǎn)品模型直 接生成中面模型的 CAD軟件的成功率不高,覆蓋面不廣;(4)由于CAD階段使用的產(chǎn)品模型和 CAE階段使用的分析模型不統(tǒng)一,使二次建模不可避免,CAD與CAE系統(tǒng)的集成也無法實現(xiàn).由此可見,中面模型已經(jīng)成為了注塑模 CAD/CAE/CAM技術(shù)發(fā)展的瓶頸,采用實體/表面模型來取代中面模型勢在必然 ,在20世紀90年代后期基于雙面流技術(shù)的流動模擬軟件便應(yīng)運而收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔圖2基于雙面流的模擬過程 (b)表面網(wǎng)格劃分;(c)流動前沿顯示(a)3維實體/表面模型(STL格式);三,雙面流技術(shù)摒棄中面模型的最直接辦法是采用三維有限元方法或三維有限差分方法來 代替中面流技術(shù)中的二維有限元 (流動方向)與一維有限差分(厚度方向)的耦合算法.三維流動模擬一直是當今塑料注射成型領(lǐng)域中的研究熱點,其技術(shù)難點多,經(jīng)歷實踐考驗的時間短,計算量巨大,計算時間過長與中面流技術(shù)的簡明,久經(jīng)考驗.計算量小,即算即得形成了鮮明的反差 .在三維流動模擬技術(shù)舉步維艱的時刻,一種既保留中面流全部技術(shù)特點又基于實體 /表面技術(shù)模型的注塑流動模擬新方法――雙面流技術(shù)悄然問世 .其商品化軟件的典型代表是我國華中科技大學(xué)模具技術(shù)國家重點實驗室的 HSCAE3DRF5.0,稱為三維真實感注塑成型流動分析系統(tǒng)以及澳大利亞 MoldFlow公司的Partadvisor,稱為注塑制品顧問.所謂雙面流是指將模具型腔或制品在厚度方向上分成兩部分 ,有限元網(wǎng)格在型腔或制品的表面產(chǎn)生 ,而不是在中面.相應(yīng)的,與基于中面的有限差分法是在中面兩側(cè)進行不同,厚度方向上的有限差分僅在表面內(nèi)側(cè)進行.在流動過程中上下兩表面的塑料熔體同時并且協(xié)調(diào)的流動,其模擬過程如圖2所示.顯然,雙面流技術(shù)所應(yīng)用的原理與方法與中面流沒有本質(zhì)上的差別,所不同的是雙面流采用了一系列相關(guān)的算法,將沿中面流動的單股熔體演變?yōu)檠厣舷卤砻鎱f(xié)調(diào)流動的雙股流.由于上下表面處的網(wǎng)格無法一一對應(yīng),而且網(wǎng)格形狀,方位與大小也不可能完全對稱,如何將上下對應(yīng)表面的熔體流動前沿所存在的差別控制在工程上所允許的范圍內(nèi)是實施雙面流技術(shù)的難點所在.目前基于雙面流技術(shù)的注塑流動模擬軟件主要是接受三維實體/表面模型的STL文件格式.也由過去的數(shù)周縮短為幾小時.因此,基于雙面流技術(shù)的注塑流動模擬軟件問世時間雖然只有短短數(shù)年,便在全世界擁有了龐大的用戶群 ,得到了廣大用戶的支持和好評.雙面收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請聯(lián)系管理員刪除精品文檔流技術(shù)具有明顯優(yōu)點的同時也存在著明顯的缺點 :分析數(shù)據(jù)的不完 整.雙面流技術(shù)在模擬過程中雖然計算了每一流動前沿沿厚度方向的物理 量,但并不能詳細地記錄下來.由于數(shù)據(jù)的不