Ansys VS Abaqus

2016-06-04 by:CAE仿真在線來源:互聯網

前言

在常用的有限元分析軟中,ANSYS,

ABAQUS,NASTRAN,LS-DYNA等因為其友好的界面,強大的分析功能,豐富的前后處理,而占據了絕大部分CAE市場。

就應用而言,ANSYS在高校里面具有絕對的優勢,在圖書館中,ANSYS的書籍多如牛毛。而當我們離開象牙塔后,卻發現ABAQUS在企業中占據了相當的份額,盡管在高校圖書館中,ABAQUS的書籍屈指可數。

對ANSYS和ABAQUS從各個方面進行比較,通過具體算例以考察各自的適用領域,各自的優缺點,從而方便CAE愛好者選擇適合自己的工具進行分析。

請注意,這只是筆者個人的觀點,因為視野的局限性,其中一定有偏頗之處,所以請朋友們帶著懷疑的眼光來看待這文章,既不要盲目相信筆者的觀點,也不要因為自己習慣用ANSYS或者ABAQUS,就一味否定其它軟件。

工程化與學術化的區別

ANSYS偏學術,而ABAQUS則偏于工程。

這一點從二者劃分網格形成有限元模型的時間點可以看出來。在ANSYS的經典界面中,第一步就要選擇單元類型,然后可以用直接法首先創建節點,根據節點創建單元,此后可以在單元上施加載荷,在節點上施加邊界條件。

總之,這種操作一開始,就讓人感覺到在使用有限元方法工作。雖然在ANSYS WORKBENCH中內部隱藏了單元類型的選擇問題,但是在得到幾何模型后,接著立即是劃分網格得到有限元模型,再次是施加邊界條件進行求解。

總體上,ANSYS給人的感覺是,有限元模型味道濃厚。但是ABAQUS則并不強調有限元模型。對ABAUQS而言,劃分網格是很靠后的事情,用戶開始總是在與幾何模型打交道,創建幾何模型,設定材料,確定截面屬性,并將截面賦予給幾何體,接著從零件得到裝配體,建立零件之間的關系,以及確定分析步,設置載荷與邊界條件,這一切都結束以后,直到求解之前,ABAQUS才漫不經心的地開始劃分網格,網格劃分完畢后,立即就是求解了。

可見,ABAQUS對于有限元這種東西并不強調,而開始只是一門心思關注如何從工程師的觀點建立問題的力學模型,只是到求解之前才轉變成為有限元模型,這顯然是很符合工程師的視角的。

從這個方面看,ABAQUS與SOLIDWOKRS/SIMULATION很相似,二者關注的是對于工程問題的建模,而不是有限元方法本身。

僅從這個角度,我們都可以明白,為什么ABAQUS更受到市面上工程師的歡迎的原因。因為它強調的是如何表達工程問題,而非求解的數值方法。它的視角是工程師的視角,而非有限元專家的視角。

分析步這個概念的處理

ANSYS并不太強調分析步,而ABAQUS則非常強調分析步的概念。

對于ABAQUS而言,其第一個分析步,通常是創建位移邊界條件,然后再是施加載荷,這必定是在某一個分析步中進行的。在ABAQUS中,我們有一種明顯的感覺,就是它時刻準備著用戶對同一個模型進行一系列先后相繼的分析,而前一個分析步的結果會是后一個分析步的初始狀態。這種概念,非常適合機械中的連續制造過程,例如板料沖壓,鍛造等。雖然在ANSYS中也有分析步的概念,

但是ANSYS很多時候都會忘記這個概念,如果涉及到對于一個幾何模型的先后操作,則主要是通過在各個分析系統中建立關系而得到的。例如,在靜力學分析完畢后進行模態分析,可以通過先后兩次分析得到。

但是ABAQUS則是在同一個工作的分析步級別完成這種工作,這給人一種感覺,在ABAUQS中,連續使用多個分析步進行分析是一種最常規的工作,而這種工作對于ANSYS而言,則貌似一種高級的作業。

裝配體概念的處理

對于ANSYS而言,無所謂裝配這種概念,雖然它可以創建組件,創建“裝配體”,但是那種裝配體并非工程意義上的裝配體的概念。而ABAQUS則相當強調裝配體的概念,對于ABAQUS而言,如果沒有裝配體,就不能做分析。即便裝配中只有一個零件,也需要有裝配體。所以,在ABAQUS中,當分別創建完各個零件后,需要逐個導入到裝配體中進行裝配操作。

那么這種概念是好還是不好?很難說是好還是不好,就個人感覺而言,ABAQUS給人一種感覺,它一開始就在面對裝配體,而這種對象,對于初期的ANSYS而言,是很討厭的事情,只是到近幾年的ANSYS WORKBENCH中,才大幅度增加了對于裝配體的支持,如今,ANSYS WORKBENCH中對于裝配體的支持已經十分完善。盡管如此,ANSYS 仍舊并沒有把裝配體這樣的概念像ABAQUS那樣大書特書,至于如此顯赫的地位,使得裝配體操作成為必須經過的一個步驟。

筆者認為,ABAQUS之所以如此強調裝配的概念,是基于結構設計工程師的角度考慮的。對于結構設計工程師而言,他們極少只與單個的零件打交道,他們一工作,對象就是裝配體,所以ABAQUS迎合了工程師的這種觀念,使得他們在進行有限元建模時,就好像在進行幾何體建模與裝配一樣。總之,在這個方面,ABAQUS再次體現了其面對結構設計工程師,從結構設計工程師的視角考慮問題的特點。

截面這個概念的處理

在ANSYS中,只是梁,桿,板這種對象才需要截面。而且即便是這種理想對象,有時候也不需要截面,而只是提供實常數就好。

筆者在學習ANSYS時,也經常弄不清楚,到底哪些桿單元需要實常數,而哪些是用截面來表達的,這不得不去查單元的幫助。而在ABAQUS中,把截面屬性這個概念提到了重要位置。無論是什么物體,線體,板殼,甚至是實體,都需要有截面屬性。

這種統一,就使得設置截面屬性也成為分析中必要的一步。這種統一,就筆者而言,初始很不習慣,但是一旦用幾次以后,覺得也很好,免得像ANSYS中那樣,還要考慮對于某個單元,要不要截面屬性的問題。

總結這四個方面,筆者的感覺是,ABAQUS更傾向于從結構設計工程師的角度考慮問題,而ANSYS則更加學術化,傾向于從有限元角度考慮問題。正因為如此,ABAQUS更適合應用,而ANSYS利于研究,但這只是從基本概念方面考慮所得到的結論。

但事實上,ANSYS WORKBENCH做應用也非常好,當我們用習慣以后,感覺在ANSYS中建模分析都飛快,幾乎都不用按幾下鼠標,一個分析就自動完成了。對于材料屬性的自動設置,單位的方便選擇,網格的自動劃分,豐富多彩的邊界條件和載荷形式,這都是ABAQUS所不可匹敵的。至于ANSYS的經典界面,筆者仍舊不大感冒,盡管它做某些特殊分析非常好,但是對于復雜的裝配體分析,WORKBENCH還是首選。

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