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1、1,分析软件介绍,ABAQUS、ADAMS、ANSYS、LS-DYNA、MARC软件,2,ABAQUS,ABAQUS是一套功能强大的基于有限元法的工程模拟软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到最富有挑战性的非线性模拟问题。ABAQUS具备十分丰富的、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、可压缩弹性的泡沫材料以及岩石和土这样的地质材料。作为通用的模拟分析工具，ABAQUS不仅能解决结构分析中的问题（应力/位移），还能模拟和研究各种领域中的问题，如热传导、质量扩散、电子元器件的热
2、控制（热电耦合分析）、声学分析、土壤力学分析（渗流应力耦合分析）和压电介质力学分析。,3,ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来十分简明，最复杂的问题也可以很容易地建立模型。例如复杂的多部件问题可以通过对每个部件定义材料模型和几何形状，然后再把它们组装起来而构成。在大部分模拟分析问题中，甚至在高度非线性问题中，用户也只需要提供结构的几何形状、材料性能、边界条件和荷载工况这样的工程数据就可以进行分析。在非线性分析中，ABAQUS能自动选择合适的荷载增量和收敛精度。不仅能选择这些参数值，而且能在分析过程中不断地调整参数来保证有效地得到高精度的解，很少需用户去定义这些参数。,4,ABAQUS
3、各模块简介 ABAQUS 有两个主要的分析模块：ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit 。 ABAQUS/Standard 还有两个特殊用途的附加分析模块：ABAQUS/Aqua 和ABAQUS/Design 。另外，还有ABAQUS 分别与ADAMS/Flex，C-MOLD 和Mold flow 的接口模块：ABAQUS/ADAMS ， ABAQUS/C-MOLD 和 ABAQUS/MOLDFLOW 。ABAQUS/CAE是完全的 ABAQUS工作环境模块，它包括了ABAQUS 模型的构造，交互式提交作业、监控作业过程以及评价结果的能力。ABAQUS/Viewer
4、是 ABAQUS/CAE 的子集，它具有后处理功能，这些模块之间的关系见图11。,5,6,ABAQUS/Standard ABAQUS/Standard 是一个通用分析模块，它能够求解领域广泛的线性和非线性问题，包括静力、动力、热和电问题的响应等，这个模块是本指南的主题。 ABAQUS/Explicit ABAQUS/Explicit 是用于特殊目的分析模块，它采用显式动力有限元列式，适用于像冲击和爆炸这类短暂，瞬时的动态事件，对加工成形过程中改变接触条件的这类高度非线性问题也非常有效。在本指南中没有对它特别介绍，而在本指南的姐妹篇Getting Started with ABAQUS/Exp
5、licit：Interactive Version 里进行介绍。两个分析模块的ABAQUS/CAE 界面是一样的，两个模块的输出也是类似的，不论哪个模块都可以采用可视化图形进行后处理。,7,ABAQUS/CAE ABAQUS/CAE （Complete ABAQUS Environment）是ABAQUS 的交互式图形环境，用它可方便而快捷地构造模型，只需生成或输入要分析结构的几何形状，并把它分解为便于网格化的若干区域。并对几何体赋于物理和材料特性、荷载以及边界条件。ABAQUS/CAE 具有对几何体剖分网格的强大功能，并可检验所形成的分析模型。一旦模型生成，ABAQUS/CAE 可提交并监控
6、要分析的作业，可视化模块就可用来显式结果。 此外还有ABAQUS/Viewer、ABAQUS/Aqua 、ABAQUS/ADAMS、ABAQUS/C-MOLD、ABAQUS/Design、ABAQUS/MOLDFLOW 等模块。,资料来源：Hibbitt，Karlsson & Sorensen，INC. 朱以文，蔡元奇等译 ABAQUS/Standard 有限元软件入门指南 ABAQUS/CAE版,8,ABAQUS主要具有以下分析功能： （1）静态应力/位移分析 包括线性、材料非线性、结构断裂分析等。 （2）动态分析 包括频率提取分析。瞬态响应分析。稳态响应分析、随机响应分等。 （3）非线性动
7、态应力/位移分析 包括各种随时间变化的大位移分析、接触分析等。 （4）粘弹性/粘塑性响应分析 粘弹性/粘塑性材料结构的响应分析。 （5）热传导分析 传导、辐射和对流的瞬态或稳态分析。 （6）退火成形过程分析 对材料退火热处理过程的模拟。 （7）质量扩散分析 静水压力造成的质量扩散和渗流分析等。 （8）准静态分析 应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题。 （9）耦合分析 热/力耦合、热/电耦合、压/电耦合、流/力耦合、声/力耦合等。 （10）海洋工程结构分析 （11）瞬态温度/位移耦合分析 力学和热响应耦合问题。 （12）疲劳分析 根据结构和材料的受载情况分析，进行疲劳寿命预估。 （13）水
8、下冲击分析 对冲击载荷作用下的水下结构进行分析。 （14）设计灵敏度分析 对结构参数进行灵敏度分析，并据此进行结构的优化设计。,资料来源： 石亦平，周玉睿. ABAQUS有限元分析实例详解. 北京：机械工业出版社，2006,9,ADAMS,机械系统动力学自动分析软件ADAMS（Automatic Dynamics Analysis of Mechanical Systems），是美国MDI公司开发的非常著名的虚拟样机分析软件。 ADAMS软件一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以应用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程
9、序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析二次开发工具平台。 ADAMS软件包括3个最基本的解题程序模块：ADAMS/View（基本环境）、ADAMS/Solver（求解器）和ADAMS/Postprocessor（后处理）。另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块，例如ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Flex（柔性模块）、ADAMS/FEA（有限元模块）、ADAMS/Animation（高速动画模块）、ADAMS/Controls（控制模块）等。,10,在3个基本程序中，ADAMS/View提供了一个直接面向用户的基本操作对话环境和虚拟样机分析的前处理功能，其中
10、包括样机的建模和各种建模工具、样机模型数据的输入与编辑、与求解器和后处理等程序的自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据的输入和输出、同其他应用程序的接口等。 ADAMS/Solver是求解机械系统运动和动力学问题的程序。完成样机分析的准备工作以后，ADAMS/View程序可以自动地调用ADAMS/Solver模块，求解样机模型的静力学、运动学或动力学问题，完成仿真分析以后再自动地返回ADAMS/View操作界面。因此，一般用户可以将ADAMS/Solver的操作视为一个“黑匣子”，只需熟悉ADAMS/View的操作，即可完成建模和整个分析过程。,11,ADAMS仿真分析结果的后处理，可以通
11、过调用后处理模块，ADAMS/PostProcessor来完成。 ADAMS/PostProcessor具有相当强的后处理功能，它可以回放仿真结果，也可以绘制各种分析曲线。除了可以直接绘制仿真结果曲线意外， ADAMS/PostProcessor还可以对仿真分析曲线进行一些数学和统计计算；可以输入实验数据绘制实验曲线，并同仿真结果进行比较；也可以进行分析结果曲线图的各种编辑。,资料来源： 郑建荣. ADAMS虚拟样机技术入门与提高. 北京，机械工业出版社.2005,12,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。为满足 工业界和学术界的各种需求，MS
12、C.MARC 提供了层次丰富、适应性强、能够在多种硬件平 台上运行的系列产品。MSC.MARC 的基本模块为MARC 和MENTAT。 MSC.MARC/MARC 模块是功能齐全的高级非线性有限元软件求解器，体现了 30 年来 有限元分析的理论方法和软件实践的完美结合。它具有极强的结构分析力： (1) 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； (2) 它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，几乎每种单元都具有处 理大变形几何非线性,材料非线性和包括
13、接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性 的超强能力； (3) MARC 的结构分析材料库提供了模拟金属、非金属、聚合物、岩土、复合材料等多 种线性和非线性复杂材料行为的材料模型；,13,(4) 分析采用具有高数值稳定性、高精度和快速收敛的高度非线性问题求解技术。为了 进一步提高计算精度和分析效率，MARC 软件提供了多种功能强大的加载步长自适应控制 技术，自动确定分析曲屈、蠕变、热弹塑性和动力响应的加载步长； (5) 网格自适应技术，以多种误差准则自动调节网格疏密，不仅可提高大型非线性结构 分析精度，而且能对局部非线性应变集中、移动边界或接触分析提供优化的网格密度，既保 证计算精度，同时
14、也使非线性分析的计算效率大大提高。此外，MARC支持全自动二维网 格和三维网格重划，用以纠正过度变形后产生的网格畸变，确保大变形分析的继续进行。 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。,14,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
15、分析能力。 为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，MSC.MARC 提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了 MARC 有限元分析的所有环节，从几何建模、网格划分、边界定义、材料选择到分析求解、结果输出、用户都能够访问并修改程序的缺省设置。 在 MSC.MARC 软件的原有功能的框架下，用户能够极大地扩展 MARC 有限元软件的分析能力。 MSC.MARC/MENTAT 模块是MSC.MARC 的前后处理图形交互界面，与MARC 求解器 无缝连接。它具有以ACIS 为内核的一流实体造型功能；全自动二维三角形和四边形、三维四面体和六面体网格自动划分建模能力；直观灵活的多种材料
16、模型定义和边界条件的定义功能；分析过程控制定义和递交分析、自动检查分析模型完整性的功能；实时监控分析功能；方便的可视化处理计算结果能力；先进的光照、渲染、动画和电影制作等图形功能。并可直接访问常用的CAD/CAE 系统，如：ACIS、AutoCAD、IGES、MSC.NASTRAN、MSC.PATRAN、Unigraphic、Catia、Solid work、Solid Edge、IDEAS、VDAFS、Pro/ENGTNEER、ABAQUS、ANSYS、PSTEP 等。,15,MENTAT 与MARC 程序的关系如下图 所示。MENTAT 可以自动生成MARC 分析计算所需要的输入文件 model.dat，用户可以在MENTAT 的图形环境下运行MARC 程序，此时MARC 程序对用户来说处于后台，也可以利用model.dat，采用“run_marc”命令运行MARC程序。MENTAT 可以读入MARC 运行产生的结果文件即后处理文件model.t19（格式化文件）或 model.t16 （非格式化文件）进行数据结果的图形显示。当然用户可以采用其他方法生成MARC 输入文
