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【转载】ABAQUS与ANSYS比较之面面观1

2016-1-21 19:46| 发布者: admin| 查看: 1576| 评论: 0

摘要: 在常用的有限元分析软件中,ANSYS,ABAQUS,NASTRAN,LS-DYNA等因为其友好的界面,强大的分析功能,丰富的前后处理,而占据了绝大部分CAE市场。就应用而言,ANSYS在高校里面具有绝对的优势,在图书馆中,ANSYS的书籍多 ...
在常用的有限元分析软件中,ANSYS,ABAQUS,NASTRAN,LS-DYNA等因为其友好的界面,强大的分析功能,丰富的前后处理,而占据了绝大部分CAE市场。就应用而言,ANSYS在高校里面具有绝对的优势,在图书馆中,ANSYS的书籍多如牛毛。而当我们离开象牙塔后,却发现ABAQUS在企业中占据了相当的份额,尽管在高校图书馆中,ABAQUS的书籍屈指可数。本博客准备展开系列考察,对ANSYS和ABAQUS从各个方面进行比较,通过具体算例以考察各自的适用领域,各自的优缺点,从而方便CAE爱好者选择适合自己的工具进行分析。请读者注意,这系列博文只是笔者个人的观点,因为视野的局限性,其中一定有偏颇之处,所以请朋友们带着怀疑的眼光来看待这些文章,既不要盲目相信笔者的观点,也不要因为自己习惯用ANSYS或者ABAQUS,就一味否定其它软件。
本篇博文是第一篇,主要阐述这两款软件在基本理念上的区别。
 
ABAQUS与ANSYS的第一个区别,笔者感觉是工程化与学术化的区别,ANSYS偏学术,而ABAQUS则偏于工程。这一点从二者划分网格形成有限元模型的时间点可以看出来。在ANSYS的经典界面中,第一步就要选择单元类型,然后可以用直接法首先创建节点,根据节点创建单元,此后可以在单元上施加载荷,在节点上施加边界条件。总之,这种操作一开始,就让人感觉到在使用有限元方法工作。虽然在ANSYS WORKBENCH中内部隐藏了单元类型的选择问题,但是在得到几何模型后,接着立即是划分网格得到有限元模型,再次是施加边界条件进行求解。总体上,ANSYS给人的感觉是,有限元模型味道浓厚。但是ABAQUS则并不强调有限元模型。对ABAUQS而言,划分网格是很靠后的事情,用户开始总是在与几何模型打交道,创建几何模型,设定材料,确定截面属性,并将截面赋予给几何体,接着从零件得到装配体,建立零件之间的关系,以及确定分析步,设置载荷与边界条件,这一切都结束以后,直到求解之前,ABAQUS才漫不经心的地开始划分网格,网格划分完毕后,立即就是求解了。可见,ABAQUS对于有限元这种东西并不强调,而开始只是一门心思关注如何从工程师的观点建立问题的力学模型,只是到求解之前才转变成为有限元模型,这显然是很符合工程师的视角的。从这个方面看,ABAQUS与SOLIDWOKRS/SIMULATION很相似,二者关注的是对于工程问题的建模,而不是有限元方法本身。仅从这个角度,我们都可以明白,为什么ABAQUS更受到市面上工程师的欢迎的原因。因为它强调的是如何表达工程问题,而非求解的数值方法。它的视角是工程师的视角,而非有限元专家的视角。
 
ABAQUS与ANSYS的第二个区别,来自分析步这个概念的处理。ANSYS并不太强调分析步,而ABAQUS则非常强调分析步的概念。对于ABAQUS而言,其第一个分析步,通常是创建位移边界条件,然后再是施加载荷,这必定是在某一个分析步中进行的。在ABAQUS中,我们有一种明显的感觉,就是它时刻准备着用户对同一个模型进行一系列先后相继的分析,而前一个分析步的结果会是后一个分析步的初始状态。这种概念,非常适合机械中的连续制造过程,例如板料冲压,锻造等。虽然在ANSYS中也有分析步的概念,但是笔者接触ANSYS多年,很多时候都会忘记这个概念,如果涉及到对于一个几何模型的先后操作,则主要是通过在各个分析系统中建立关系而得到的。例如,在静力学分析完毕后进行模态分析,可以通过先后两次分析得到。但是ABAQUS则是在同一个工作的分析步级别完成这种工作,这给人一种感觉,在ABAUQS中,连续使用多个分析步进行分析是一种最常规的工作,而这种工作对于ANSYS而言,则貌似一种高级的作业。
 
ABAQUS与ANSYS的第三个区别,在于装配体概念的处理。对于ANSYS而言,无所谓装配这种概念,虽然它可以创建组件,创建“装配体”,但是那种装配体并非工程意义上的装配体的概念。而ABAQUS则相当强调装配体的概念,对于ABAQUS而言,如果没有装配体,就不能做分析。即便装配中只有一个零件,也需要有装配体。所以,在ABAQUS中,当分别创建完各个零件后,需要逐个导入到装配体中进行装配操作。那么这种概念是好还是不好?很难说是好还是不好,就笔者感觉而言,ABAQUS给人一种感觉,它一开始就在面对装配体,而这种对象,对于初期的ANSYS而言,是很讨厌的事情,只是到近几年的ANSYS WORKBENCH中,才大幅度增加了对于装配体的支持,如今,ANSYS WORKBENCH中对于装配体的支持已经十分完善。尽管如此,ANSYS 仍旧并没有把装配体这样的概念像ABAQUS那样大书特书,至于如此显赫的地位,使得装配体操作成为必须经过的一个步骤。笔者以为,ABAQUS之所以如此强调装配的概念,是基于结构设计工程师的角度考虑的。对于结构设计工程师而言,他们极少只与单个的零件打交道,他们一工作,对象就是装配体,所以ABAQUS迎合了工程师的这种观念,使得他们在进行有限元建模时,就好像在进行几何体建模与装配一样。总之,在这个方面,ABAQUS再次体现了其面对结构设计工程师,从结构设计工程师的视角考虑问题的特点。
 
ABAQUS与ANSYS的第四个区别,在于截面这个概念的处理。在ANSYS中,只是梁,杆,板这种对象才需要截面。而且即便是这种理想对象,有时候也不需要截面,而只是提供实常数就好。笔者在学习ANSYS时,也经常弄不清楚,到底哪些杆单元需要实常数,而哪些是用截面来表达的,这不得不去查单元的帮助。而在ABAQUS中,把截面属性这个概念提到了重要位置。无论是什么物体,线体,板壳,甚至是实体,都需要有截面属性。这种统一,就使得设置截面属性也成为分析中必要的一步。这种统一,就笔者而言,初始很不习惯,但是一旦用几次以后,觉得也很好,免得像ANSYS中那样,还要考虑对于某个单元,要不要截面属性的问题。
 
总结这四个方面,笔者的感觉是,ABAQUS更倾向于从结构设计工程师的角度考虑问题,而ANSYS则更加学术化,倾向于从有限元角度考虑问题。正因为如此,ABAQUS更适合应用,而ANSYS利于研究,但这只是从基本概念方面考虑所得到的结论。
 
但事实上,ANSYS WORKBENCH做应用也非常好,当我们用习惯以后,感觉在ANSYS中建模分析都飞快,几乎都不用按几下鼠标,一个分析就自动完成了。对于材料属性的自动设置,单位的方便选择,网格的自动划分,丰富多彩的边界条件和载荷形式,这都是ABAQUS所不可匹敌的。至于ANSYS的经典界面,笔者仍旧不大感冒,尽管它做某些特殊分析非常好,但是对于复杂的装配体分析,WORKBENCH还是首选。
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