有限元法工具介绍课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,有限元法工具介绍,有限元分析方法的发展,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。,国际上早在,20,世纪,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。,有限元分析方法的发展与应用,目前应用较多的通用有限元软件如下表所列：,软件名称,简介,MSC/Nastran,著名结构分析程序，最初由,NASA,研制,MSC/Dytran,动力学分析程序,MSC/Marc,非线性分析软件,ANSYS,通用结构分析软件,ADINA,非线性分析软件,ABAQUS,非线性分析软件,Aglor,非线性分析软件,MSC,公司：,Nastran,Marc,Dytran,ANSYS,公司,:Ansys,Mathworks,公司,:Matlab,Altair,公司,:HyperWorks,ETA,公司,:Femb,Dynaform,VPG,LS-DYNA,公司,:Dyna3d,LMS,公司,:Virtual.Lab,HKS,公司,:Abaqus,COMSOL,公司,:COMSOL MULTIPHYSICS,(FEMLAB),ADINA R&D,Inc.:ADINA,另外还有许多针对某类问题的专用有限元软件，例如金属体积成形分析软件,Deform2D,、,Deform3D,、钣金成形分析软件,Autoform,、,Dynaform,、,FastForm,，焊接与热处理分析软件,SysWeld,等。,MSC/NASTRAN,作为世界,CAE,工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件,MSC.NASTRAN,的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能,MSC.NASTRAN,的主要功能模块有,:,基本分析模块,(,含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等,),。动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、,DMAP,用户开发工具模块及高级对称分析模块。,是世界上功能最全面、性能超群、应用最广泛的大型通用结构有限元分析软件，成为首选的工程分析和校验工具。能够有效解决各类大型复杂结构的强度、刚度、屈曲、模态、动力学、热力学、非线性、,(,噪,),声学、流体,-,结构耦合、气动弹性、超单元、惯性释放及结构优化等问,题。尤其其线性分析功能已成为汽车、航天结构分析的标准。,ANSYS,美国,ANSYS,公司成立于,1970,年，总部位于美国宾西法尼亚州的匹兹堡，致力于,CAE,技术的研究和发展，并通过,CAE,技术帮助企业优化设计流程。,ANSYS,协同,CAE,环境技术以优化设计流程为目标，以客户化应用为手段,通过捕捉专家经验、规范设计流程、高可靠性的,CAD/CAE,互操作技术、高效率的优化技术、,web,技术等大幅度缩短研发过程。构成协同,CAE,环境的,ANSYS,产品包括：,ANSYS,通用分析工具,*多物理场仿真分析工具：,ANSYS/Multiphysics,*显式瞬态动力分析工具：,LS-DYNA,*前期设计校验工具：,DesignSpace,*设计优化工具：,DesignXploere,*新一代前后处理环境：,ANSYS Workbench Environment CAE,客户化应用及协同仿真环境开发平台：,ANSYS Workbench,垂直应用及行业仿真工具,*疲劳分析专用软件：,FE-SAFE,*汽车虚拟试验场专用软件：,VPG,*板成形专用软件：,DYNAFORM,*土木工程专用软件：,CivilFEM,*跌落仿真专用软件：,DropTest,*高频电磁,FEM,法专用软件：,ANSYS EMAX,*高频电磁,MOM/PO/UTD,混合法专用软件：,FEKO*MEMS,设计工具：,MEMSPro,ANSYS Multiphysics,ANSYS MultiphysicsTM,集结构、热、计算流体动,力学、高,/,低频电磁仿真于一体，在统一的环境下,实现多物理场及多物理场耦合的仿真分析；精确,、可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子,电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源,电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医,学等各个领域，功能强大的各类求解器可求解从,冷却系统到发电系统、从生物力学到,MEMS,等各,类工程结构。,Hyperworks,Altair,公司自,1985,年创立以来，一直从事有限元软件的前后处理及计算机辅助工程分析的工程咨询。,包括,Hypermesh,Hypergraph,Hyperview,，,MotionView,，,Optistrut,Hyperform,其中,HyperMesh,软件特点,它是一个高性能的有限元造型和后处理软件，可以降低工程分析的时间和成本,具有直观的图形用户界面和先进的功能，从而减少学习时间，提高生产率,可以直接使用,CAD,几何数据和现有的有限元模型数据，从而减少数据冗余，降低模型开发的成本,可以快速自动地生成高质量的网格，从而大大简化复杂几何模型的造型过程,在此集成系统含有多种分析代码，从而可以保证针对某特殊情况能选择最佳代码,ADINA,ADINA,是,MIT,的,Bathe,教授为主开发的有限元分析软件,，尤其以隐式积分见长。是最早的非线性有限元分析软,件之一。,Bathe,是,Wilson,（隐式算法,Wilson,）的学生。著有：有限元分析中的数值方法,MSC/MARC,MSC.MARC,是功能齐全的高级非线性有限元软件，具有极强的结构分析能力。可以处理各种线性和非线性结构分析包括：线性,/,非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、自动的静,/,动力接触、屈曲,/,失稳、失效和破坏分析等。对非结构的场问题如包含对流、辐射、相变潜热等复杂边界条件的非线性传热问题的温度场，以及流场、电场、磁场，也提供了相应的分析求解能力；并具有模拟流热固、土壤渗流、声结构、耦合电磁、电热、电热结构以及热结构等多种耦合场的分析能力。,Pedro Marcal,为,Brown,大学教授，,1969,年与,Hibbitt,合作创立了,MARC,公司。,1972,年,Hibbitt,离开,MARC,与其他人创立,HKS,公司。,第一个商业化非线性有限元分析程序。,ABAQUS,美国,Hibbitt,Karlsson&Sorensen,有限公司成立于,1978,年专门从事非线性有限元力学分析软件,ABAQUS,的开发。,ABAQUS,是一套功能强大的模拟工程的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。,ABAQUS,包括一个十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库。并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩高弹性的泡沫材料以及类似于土和岩石等地质材料。作为通用的模拟计算工具，,ABAQUS,能解决结构（应力,/,位移）的许多问题。它可以模拟各种领域的问题，例如热传导、质量扩散、电子部分的热控制（热电耦合分析）、声学分析、岩土力学分析（流体渗透,/,应力耦合分析）及压电介质分析。,ETA/VPG,VPG,（,Virtual Proving Ground,）虚拟试验场是美国,ETA,（,EngineeringTechnology Associates,Inc.,）公司总结汽车,CAE,长期工作经验，在,LS-DANA,软件平台上开发的，是美国,ETA/LSTC,合作推出专门应用于汽车工程的软件。,VPG,技术应用于当前汽车产品开发中的前沿,-,整车系统疲劳、整车系统动力学、,NVH,和整车碰撞安全及乘员保护等最热门仿真问题。,VPG,虚拟试验场的功能是进行有关整车系统全部试验项目：,道路条件下，整车系统疲劳寿命分析,柔性和刚性体组合体（含整车系统）的非线性系统动力学分析,整车系统,NVH,分析,碰撞仿真和乘员保护及评价,多体问题与有限元统一,-,多柔体力学,ETA/DYNAFORM,eta/DYNAFORM,是由美国,ETA,公司和,LSTC,公司联合开发的用于板成形模拟的专用软件包，可以帮助模具设计人员显著减少模具开发设计时间及试模周期，不但具有良好的易用性，而且包括大量的智能化自动工具，可方便地求解各类板成形问题。,DYNAFORM,可以预测成形过程中板料的裂纹、起皱、减薄、划痕、回弹，评估板料的成形性能，从而为板成形工艺及模具设计提供帮助；,DYNAFORM,专门用于工艺及模具设计涉及的复杂板成形问题；,DYNAFORM,包括板成形分析所需的与,CAD,软件的接口、前后处理、分析求解等所有功能。,MSC.Marc/SuperForge,MSC.Marc/SuperForge,是采用,90,年代最先进有限元网格和求解技术，快速模拟各种冷热锻造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用软件。它综合了,MSC./Marc,通用分析软件求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形网格和三维六面体网格自适应和重划分技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全,自动数值模拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语，容易理解，便于运用。,MSC.Marc/SuperForge,提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。,MSC.Marc/SuperForge,除了可完成全,2D,或全,3D,的成型分析外，还可自动将,2D,分析与,3D,分析无缝连接，大大提高对先,2D,后,3D,的多步加工过程的分析效率。利用,MSC.Marc/SuperForge,提供的结构分析功能，可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。,ADINA-M,是,ADINA-AUI,程序的一个附件，提供了立体建模的功能，通过,ADINA-M,可在,ADINA-AUI,程序中直接创建立体的几何图形。,ADINA-F,程序为可压缩和不可压缩的流体提供了世界一流的有限元和控制流量的解决能力，流体可包含自由表面和流体间以及流体与结构间的流动界面。程序运用一个任意拉格朗日欧拉（,ALE,）公式。,ADINA-T,用来解决固体和结构中的热传递问题。它具有强大的特点，譬如：任意几何图形表面间的辐射、单元生死选项和高度非线性材料特性的功能。,ADINA-FSI,程序是用于带有结构相互作用的流体流动完全耦合分析（多物理场）的主要工具。它把,ADINA,与,ADINA-F,的所有功能全部整合成一个程序模块，结构和流体流动理想化可使用截然不同的网格。它包含自由表面，使用任意拉格朗日欧拉公式（,ALE,）。,ADINA-TMC,程序可用于解决如下类型的问题：完全耦合的热机械分析；压电分析；土壤固结分析）；,ADINA,ADINA R&D,Inc.,由,K.J.Bathe,博士及其合伙人创建于,1986,年，公司的唯一宗旨就是开发用于固体、结构、流体以及结构相互作用的流体流动分析的,ADINA,系统。,ADINA,系统由以下模块组成：,ADINA AUI,、,ADINA-M,、,ADINA-F,、,ADINA-T,、,ADINA-FSI,、,ADINA-F,、,ADINA-TMC,。,ADINA AUI,为所有,ADINA,子程序提供了完整的预处理和后处理功能，它为建模和后处理的所有任务提供了一个完全交互式的图形用户界面。,有限元方法的应用,转向机构支架的