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浅谈ABAQUS、MARC、Adina和ANSYS


浅谈 ABAQUS、MARC、Adina 和 ANSYS

1. 市面上最多用户 CAE 软件---可能是 ANSYS 有关市面上各种 CAE 软件用户究竟有多少? 很难评估,但可以肯定不管什么用户(合法或非 法用户), 我个人统计、 调研(包括网上论坛、 文章发表等)可以肯定 ANSYS 软件的用户最多。 其主要原因是: 1. ANSYS 软件自带的前后处理

功能较强; 2. Ansys 有教育版<=2000 节点 (流体)和<=1000 节点(固体)、大学版(节点 1600 和 3200)以及商用版(无限制);3. Ansys 软件涉及的面较广(应力场、温度场、流场和电磁场、优化设计、拓扑优化设计、随机有限 元等)。Ansys 软件的高校教育计划做的比较早、比较好。

2. ABAQUS 用户较少的原因 ABAQUS 软件进入中国,在我的记忆中,也大约在 90 年代左右,它本身没有前后处理,国 内其前后处理主要借助于 Patran 软件,这也是发展其用户致命的弱点,到 90 年代中后期, 才开始其前后处理软件的开发,也就是现在的 ABAQUS-CAE/Viewer,但是有某些原来的参数 引入不进其 CAE 中, 些参数主要是涉及到岩土工程中的某些参数, ABAQUS5.8.14 的命令行 可以全部引入,但其 CAE 中不行,后来我一直跟踪 ABQUS6.0~6.3.3 某些参数还是没有解 决,只有回归老版本。但对于机械行业、板筋成形方面一点没有问题。Abaqus 在北美的石 油行业的研究院所和石油专业的院下均有,他们主要是“租”软件,而不是“买断”软件,只要 每年交租金,那么均可以免费升级。而我国主要是“买断”某一版本,要升级就在交升级费。 本身 ABAQUS 软件的开发一开始就是基于高度非线性问题,其理论性较强,专业性较强, 要求用户背景知识的起点较高,加上“以前”又没有自己的前后处理功能,其微机版的问世也 比其它软件晚,有没有高校培养计划……因此,导致其用户较少。

3. 单从在结构方面的应用 ABAQUS、MARC、Adina 和 ANSYS 的功能

1).如果做接触问题,选择软件的顺序为 Abaqus、Adina、Marc 和 Ansys,接触问题本身就 是一个高度非线性问题,前三者本身就是基于高度非线性问题而开发的,从建立接触对(因 为接触对中按材料硬度可分硬-硬、 硬-软、 软-软, 如果相同硬度, 那么那个接触体谁大、 谁小,那个是凸面、那个是凹面等->来确定谁是接触面、谁是目标面等考虑)的方便程度 和收敛程度为以上顺序。

2).如果对结构要做结构优化设计或拓扑优化设计,那么 Ansys 最强,Ansys 软件中直接有 优化设计模块,是单目标优化设计,设计变量有结构尺寸变量和状态变量(如某些地方的某 种应力不能超过某一值,或某一变形不能超过多少),优化结构变量写入 APDL 程序中,如 果对 APDL 程序不是很熟悉, 那么可以通过 Ansys 软件界面菜单完成建模和目标变量和设计 变量设置,然后把所有操作过程写入*.log 或*.lgw 文件中,它们是文本文件,以 APDL 程 序保存的,用记事本等调出此*.log 文件进行整理,整理出循环迭代结构,另存文件名,在 菜单中执行优化模块时,直接调此文件,一次性优化出结果。其它几个软件中没有结构优化 设计模块,但也可以通过自己编写个小程序,用 MARc、Adina 和 Abaqus 对结构进行优化 设计,但首先要熟悉如何取某节点或某单元的结果数据,使其在设计范围内寻求最优。

3).如果从界面菜单上建模方面来讲, 目前 Adina、 Abaqus 与 Ansys 旗鼓相当, MARC 最弱, 甚至前两者超过 ANSYS 软件的建模,Adina-m 和 Abaqus/CAE 的建模方式是基于现代 CAD 的建模方式(如类似 Pro/E、 Solidwork 等, UG、 其蒙皮技术、 复杂曲面扫描技术远强于 ANSYS)。

4). 如果从编程序建模,那么 Ansys 最强,因为它有自己的 APDL 程序语言,所有结构尺寸 都可以参数化,这也是其率先开发结构优化设计和拓扑优化设计模块的基础。Marc 也有一 个 python,但很不好用。Adina 可以在 Adina-in 准备文本模型文件,但不能设置变量参数, 可以通过文本编辑处理模型数据。Abaqus 与 Adina 一样,可以编辑输入模型文件参数。

5). 如果从结构网格划分的方便程度来讲(这里不指自由网格划分),设置网格线、面、体的

分段数和质量较好的映射网格方面,这几个软件的排序是 Abaqus、Ansys、Adina 和 Marc。 6). 从用于教学方面,只有 Ansys(<2000 节点)和 Adina 有教学版(900 节点)。 〖转帖〗Abaqus 和 Ansys 在岩土工程应用的一点体会 (1) 一直以来想提高自己的研究平台和开发平台,主要考虑是使自 己的研究工作更有意义,尽可能不进行重复性开发。所以在读硕士期间 ,开始接手学习 Ansys,到现在已有三年半,但并不能使自己的科研水平 得到真正的提高,一直以后想进行 Ansys 的二次开发,苦于无从下手,也 读了相关的资料,使这项研究一直未能开展起来。拜读了前任版主 Deform 的一些文章,知道这项开发难度很大,所以也就放弃了。因为现在我研究 的方向是软土地基上高速公路在动荷载作用下的性状分析(面层或基层含 初始裂缝)。我关心的:动荷载(transient dynamic)、应力强度因子或 J 积分、软土的模型(固结以及本构模型)。 所以在 Ansys 平台下,我不准备进行二次开发,只是在其提供的可能解决 问题能力下,淋漓尽致发挥它。下面应用 Ansys 时主要技术问题 A:对于平面问题,通过设置 KSCON 命令可以在裂尖生成奇异单元,转入动 力计算,在/post26 模块中可以获得裂尖结点位移,再通过应力强度因子公式 就可以得到动应力强度因子。 B:在动荷载作用下,软土要固结,Ansys 无法考虑固结,那这个时候我们可 以用 Ansys 分析软土在堆载预压下固结基本完成。(可以分析这种工况)。粘土的 本构模型采用 Drucker-Prager 模型,但 Drucker-Prager 模型不能考虑在加载过程 中的硬化效应,所以在计算时,如果荷载过大,就很难收敛,该模型输入的基本 参量为粘聚力、内摩擦角和膨胀角,膨胀角可以考虑剪胀效应。 (2)自从在网上知道 Abaqus 能算固结后,对之就有点动心。但碍于应用大型商业 有限元的费时性,准备毕业以后再说。后来我师弟安装上后,我看了一下它的帮助 文档,我知道我已经喜欢上它了。现在将我近 20 几天来对 Abaqus 的认识介绍一下: A:soil 模块 可以考虑饱和和非饱和流的固结和蠕变、可以考虑大变形问题、可以考虑渗透系 数和孔隙比的耦合性(随着孔隙比的减小,渗透系数相应减小。)、工程界广泛采用 的本构模型。 这些本构模型包括: Extended Drucker-Prager 模型:子午面的屈服面有三种形式:直线、双曲线和指数函数 形式; Mohr-Coulomb 模型,经典的 Mohr-Coulomb 模型在偏平面上是六角形,在 Abaqus 中采用 的 Mohr-Coulomb 模型是对六角进行 Smooth 了(Menetrey and Willian,1995)。 以上两个模型输入的参数是内摩擦角,K 和膨胀角,粘聚力未明确给出,其采用 Carter 提 出的假定:受拉时粘聚力为弹性模量的 2 倍,受压时为弹性模量的 10%。(不知是否能改 ?) Modified Drucker-Prager/Cap 模型,是在 p-t 平面上的前沿戴个帽子,其输入的基本参 数为粘聚力、内摩擦角和膨胀角。 剑桥模型。

这些模型的参数可以通过三轴实验进行标定。具体参见 Abaqus 的理论参考及相关文献。 (3) Abaqus 中对结构问题提供了无界元,而 Ansys 中只提供了对电磁场的无界元。 Abaqus 中提供了施加地应力场,可通过*initial condition,type=stress,geostati c 目前还不清楚是否对施加初始应力场的单元有限制,在 Ansys 中只对有限的单元适用 ,如对接触单元就不适用。 (4) Mikejwg 网友和长沙的网友都在进行 Umat 的开发,这种定义新的本构模型的确有很大 的诱惑力。希望能在这方面多多交流。也感谢你们在本人学习调用 user subroutine 时提 供的建议。现在这个问题已经解决了。(是因为我装的不是 Visual Fortran 而是 Power station4.0 的原因)。 (5)wsun 在前面提到的问题,如果采用命令形式就很容易处理了。 (6)在 Abaqus 的前处理,我是通过 Ansys 生成结点、单元来操作的。只要在结点和单元 定义中加入关键字,如 *node,, *element,type=,,, 就可以了。 可以在 abaqus/cae 状态下调用*.inp(import/model) 也可以直接在 command 下。 (7)开始时我一起找创建类似于 Ansys 创建工作目录的命令,没找到。可以通过下面方 式实现。直接在你的工作目录下,键入 abaquscae 后,当前的缺省目录即为工作目录。


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