有限元分析是利用數學近似的方法對真實物理系統(幾何和載荷工況)進行模擬,還利用簡單而又相互作用的元素,即單元,就可以用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統。
Ansys軟體是美國Ansys公司研製的大型通用有限元分析(FEA)軟體,是世界範圍內增長最快的計算機輔助工程(CAE)軟體,能與多數計算機輔助設計(CAD,computer Aided design)軟體接口,實現數據的共享和交換,如Creo, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等。是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析於一體的大型通用有限元分析軟體。在核工業、鐵道、石油化工、航空航天、機械製造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫學、輕工、地礦、水利、日用家電等領域有著廣泛的應用。
Ansys軟體注重應用領域的拓展,目前已覆蓋流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領域。
Abaqus則集中於結構力學和相關領域研究,致力於解決該領域的深層次實際問題。其強大的非線性分析功能在設計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認可。
求解器功能:
1、 對於常規的線性問題,兩種軟體都可以較好的解決,在模型規模限
制、計算流程、計算時間等方面都較為接近。
2、 Abaqus軟體在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢。其非線性涵蓋材
料非線性、幾何非線性和狀態非線性等多個方面。
ANSYS
ANSYS有限元軟體包是一個多用途的有限元法計算機設計程序,可以用來求解結構、流體、電力、電磁場及碰撞等問題。因此它可應用於以下工業領域:航空航天、汽車工業、生物醫學、橋梁、建築、電子產品、重型機械、微機電系統、運動器械等。
軟體主要包括三個部分:前處理模塊,分析計算模塊和後處理模塊。
前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具,用戶可以方便地構造有限元模型;
分析計算模塊包括結構分析(可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析,可模擬多種物理介質的相互作用,具有靈敏度分析及優化分析能力;
後處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示(可看到結構內部)等圖形方式顯示出來,也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。
軟體提供了100種以上的單元類型,用來模擬工程中的各種結構和材料。該軟體有多種不同版本,可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。
ABAQUS
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟體,其解決問題的範圍從相對簡單的線性分析到許多複雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。並擁有各種類型的材料模型庫,可以模擬典型工程材料的性能,其中包括金屬、橡膠、高分子材料、複合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料,作為通用的模擬工具, ABAQUS 除了能解決大量結構(應力 / 位移)問題,還可以模擬其他工程領域的許多問題,例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析(流體滲透 / 應力耦合分析)及壓電介質分析。
兩種有限元軟體的對比分析:
1. 在世界範圍內的知名度:
兩種軟體同為國際知名的有限元分析軟體,在世界範圍內具有各自廣泛的用戶群。Ansys軟體在致力於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,用戶界面開發等方面也做出了較大的貢獻。Abaqus軟體則致力於更複雜和深入的工程問題,其強大的非線性分析功能在設計和研究的高端用戶群中得到了廣泛的認可。
由於Ansys產品進入中國市場早於Abaqus,並且在五年前Ansys的界面是當時最好的界面之一,所以在中國,Ansys軟體在用戶數量和市場推廣度方面要高於Abaqus。但隨著Abaqus北京辦事處的成立,Abaqus軟體的用戶數目和市場佔有率正在大幅度和穩步提高,並可望在今後的幾年內趕上和超過Ansys。
2. 應用領域:
Ansys軟體注重應用領域的拓展,目前已覆蓋流體、電磁場和多物理場耦合等十分廣泛的研究領域。Abaqus則集中於結構力學和相關領域研究,致力於解決該領域的深層次實際問題。
3. 性價比:
Ansys軟體由於價格政策靈活,具有多種銷售方案,在解決常規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象,線性通常只是非線性的理想化假設。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,並成為制約深入研究和精確設計的瓶頸。購買Abaqus軟體可以很好地解決這些問題,縮短研製周期、減少試驗投入,避免重新設計。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軟體的經濟性也是非常突出的。
4. 求解器功能:
對於常規的線性問題,兩種軟體都可以較好的解決,在模型規模限制、計算流程、計算時間等方面都較為接近。
Abaqus軟體在求解非線性問題時具有非常明顯的優勢。其非線性涵蓋材料非線性、幾何非線性和狀態非線性等多個方面。
另外,由於Abaqus/Standard(通用程序)和Abaqus/Explicit(顯式積分)同為Abaqus公司的產品,它們之間的數據傳遞非常方便,可以很容易地考慮預緊力等靜力和動力相結合的計算情況。
Abaqus軟體的求解器是智能化的求解器,可以解決其它軟體不收斂的非線性問題,其它軟體也收斂的非線性問題,Abaqus軟體的計算收斂速度較快,並更加容易操作和使用。
5. 人機互動界面:
Abaqus/CAE是Abaqus公司新近開發的軟體運行平臺,他汲取了同類軟體和CAD軟體的優點,同時與Abaqus求解器軟體緊密結合。
與其他有限元軟體的界面程序比,Abaqus/CAE具有以下的特點:
1)採用CAD方式建模和可視化視窗系統,具有良好的人機互動特性。
2)強大的模型管理和載荷管理手段,為多任務、多工況實際工程問題的建模和仿真提供了方便。
3)鑑於接觸問題在實際工程中的普遍性,單獨設置了連接(interaction)模塊,可以精確地模擬實際工程中存在的多種接觸問題。
4)採用了參數化建模方法,為實際工程結構的參數設計與優化,結構修改提供了有力工具。
6. 綜合性能對比
綜合起來,Abaqus軟體具有以下優勢:
1)更多的單元種類,單元種類達433種,提供了更多的選擇餘地,並更能深入反映細微的結構現象和現象間的差別。除常規結構外,可以方便地模擬管道、接頭以及纖維加強結構等實際結構的力學行為;
2)更多的材料模型,包括材料的本構關係和失效準則等,僅橡膠材料模型就達16種。除常規的金屬材料外,還可以有效地模擬複合材料、土壤、塑性材料和高溫蠕變材料等特殊材料;
3)更多的接觸和連接類型,可以是硬接觸或軟接觸,也可以是Hertz接觸(小滑動接觸)或有限滑動接觸,還可以雙面接觸或自接觸。接觸面還可以考慮摩擦和阻尼的情況。上述選擇提供了方便地模擬密封,擠壓,鉸連接等工程實際結構的手段;
4)Abaqus的疲勞和斷裂分析功能,概括了多種斷裂失效準則,對分析斷裂力學和裂紋擴展問題非常有效。
盆骨、腰椎、頸椎、肩關節、髖關節、肘關節、膝關節、踝關節、義齒、種植體、上下頜骨、黏膜、牙冠 、心血管、醫療器械等分析。
ABAQUS醫學有限元分析及SolidWorks醫學3D建模培訓
ANSYS醫學有限元分析及SolidWorks醫學3D建模培訓
Fluent醫學流體分析
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