2024年3月26日发(作者：)
有限元分析软件的比较 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的 建筑
物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切 都要求工程师在设计阶段就能精
确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构 的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参
数进行分析计算。例 如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏 性事
故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮 机叶片内的流体动力学参数，以
提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题 的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实
的。近年来在计算机技 术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析(
FEA
，
Finite Element
Analysis
)方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。在工 程实践中，有限元分析软件
与
CAD
系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主 要表现在以下几个方面：
增加设计功能，减少设计成本； 缩短设计和分析的循环周期；
增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本；
在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；
进行机械事故分析，查找事故原因。
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
20
世纪在
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。从那时到 现在，世界各地的研究机构和大学
也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低
的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的
ASKA
、英国的
PAFEC
、法国的
SYSTUS
、美国的
ABQUS
、
ADINA
、
ANSYS
、
BERSAFE
、
BOSOR
、
COSMOS
、
ELAS
、
MARC
和
STARDYNE
等公司的产品。
以下对一些常用的软件进行一些比较分析：
1. LSTC
公司的
LS-DYNA
系列软件
LS-DYNA
是
1976
年在美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室
（Lawrence Livermore
National Lab.）
由
ist
主持开发完成的，主要目的是为核武器的弹头 设计提供分析工具，后经
多次扩充和改进，计算功能更为强大。此软件受到美国 能源部的大力资助以及世界十余家著名数值模拟软件
公司（如
ANSYS
、
re
、
ETA
等）的加盟，极大地加强了其的前后处理能力和通用性，在全
世界范围内得到了广泛的使用。在软件的广告中声称可以求解各种三维非线性结 构的高速碰撞、爆炸和金属
成型等接触非线性、冲击载荷非线性和材料非线性问 题。即使是这样一个被人们所称道的数值模拟软件，实
际上仍在诸多不足，特别 是在爆炸冲击方面，功能相对较弱，其欧拉混合单元中目前最多只能容许三种物
质，边界处理很粗糙，在拉格朗日 —— 欧拉结合方面不如
DYTRAN
灵活。虽然提供 了十余种岩土介质模
型，但每种模型都有不足，缺少基本材料数据和依据，让用 户难于选择和使用。
2. re
公司的
DYTRAN
软件 当前另一个可以计算侵彻与爆炸的商业通用软件是
re Corporation （
MSC
公司
）
的
程序。该程序在是在
LS-DYNA3D
的框架下，在程序中增加 荷兰
PISCES INTERNATIONAL
公司开发的
PICSES
的高级流体动力学和流体 —— 结构 相互作用功能，还
在
PISCES
的欧拉模式算法基础上，开发了物质流动算法和流固 耦合算法。在同类软件中，其高度非线
性、流 — 固耦合方面有独特之处。
的算法基本上可以概况为：
采用基于
Lagrange
格式的有限
单元方法（
FEM
）模拟结构的变形和应力，用基于纯
Euler
格式的有限体积方法 （
FVM
）描述材
料（包括气体和液体）流动，对通过流体与固体界面传递相互作用
的流体 — 结构耦合分析，采用基于混合的
Lagrange
格式和纯
Euler
格式的有限单元 与有限体积技术，
完成全耦合的流体
-
结构相互作用模拟。
用有限体积 法跟踪物质的流动的流体功能，有效
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