1.3　常用商业有限元软件

1.3.1　大型通用有限元软件

①Nastran　适用于大型通用结构静、动力及非线性分析，可以计算结构位移、应变、应力、固有频率及模态分析、响应分析、谱分析及随机振动分析。NASTRAN属于Code（即求解器），动力学分析是它的特色，目前集成了非线性分析模块。该软件早期主要用于航空航天方面，以后在航空、汽车等业界享有声誉。

②Ansys　适用于大型结构静、动力及非线性分析，特别适合多场耦合分析。ANSYS件软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，该软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

③Abaqus　适用于大型结构静、动力及非线性分析，非线性分析功能强大。有独特的材料及单元用户程序接口，可二次开发，因此广泛用于高校、科研院所等学术研究机构。

Abaqus有两个主求解器模块——Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit，它还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块——Abaqus/CAE。对某些特殊问题，Abaqus还提供了专用模块来加以解决。Abaqus是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。Abaqus包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟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、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具，Abaqus除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。

④MSC.Marc　适用于大型结构静、动力、非线性及多场耦合分析，非线性功能强大。MSC.Marc是功能齐全的高级非线性有限元软件的求解器，它具有极强的结构分析能力。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。

Marc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。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。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。Marc卓越的网格自适应技术，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，用以纠正过渡变形后产生的网格畸变，确保大变形分析的继续进行。

⑤HyperWorks　大型通用有限元软件包，其旗舰产品是大型有限元前处理软件Hypermesh。Hypermesh有多种CAD格式接口并可以和多种CAE软件实现数据共享，适用于零件的网格划分，网格划分后零件的组装。其软件包HyperWorks集成多种求解器如Optistruct、Radioss等，可进行结构的静、动力、非线性及优化分析。

Altair HyperWorks是企业级的、为工程师量身定做的CAE软件。HyperWorks系列产品集成了开放性体系和可编程工作平台，可提供顶尖的CAE建模、可视化分析、优化分析以及健壮性分析、多体仿真、制造仿真以及过程自动化。HyperWorks的开放式平台可以直接运用顶尖的CAD、CAE求解技术，并内嵌与产品数据管理以及客户端软件包交互的界面，具有高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。HyperWorks包括以下模块：Altair HyperMesh高性能、开放式有限单元前后处理器，让您在一个高度交互和可视化的环境下验证及分析多种设计情况。Altair MotionView通用多体系统动力学仿真及工程数据前后处理器，它在一个直观的用户界面中结合了交互式三维动画和强大无比的曲线图绘制功能。Altair HyperGraph强大的数据分析和图表绘制工具，具有多种流行的工程文件格式接口、强大的数据分析和图表绘制功能以及先进的定制能力和高质量的报告生成器。Altair HyperForm集成HyperMesh强大的功能和金属成型单步求解器，是一个使用逆向逼近方法的金属板材成型仿真有限元软件。

1.3.2　塑性成形专业有限元软件

①Ls-Dyna　非线性有限元分析求解器，其中显式分析最为有名。可用于碰撞分析、冲压分析、固液耦合及爆炸计算等。

Ls-Dyna是世界上著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。它以Lagrange算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。

②Dynaform　Dynaform软件是美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板料成形数值模拟的专用软件，由LS-DYNA求解器与ETA/FEMB前后处理器结合，是当今流行的板料成形与模具设计的CAE工具之一。

Dynaform软件主要由基本模块、BSE（板料尺寸计算）模块、DFE（模面设计）模块等模块组成。Dynaform软件包中包含4个程序。这4个程序包含了前处理、求解器和后处理。它们分别是：Dynaform、LS-DYNA、eta/PostGL与eta/GRAPH。在其设置选项中，几乎涵盖冲压模模面设计的所有要素，包括：确定最佳冲压方向、坯料的设计、工艺补充面的设计、拉延筋的设计、凸凹模圆角设计、冲压速度的设置、压边力的设计、摩擦系数、切边线的求解、压力机吨位等。Dynaform软件适用的设备有：单动压力机、双动压力机、无压边压力机、螺旋压力机、锻锤、组合模具和特种锻压设备等。主要应用于冲压、压边、拉延、弯曲、回弹、多工步成形等典型钣金成形过程、液压成形、辊弯成形、模具设计、压机负载分析等领域。

③Autoform　由瑞士软件公司开发，板料成形有限元分析专用软件，隐式算法，可用于板料成形起皱、拉裂预测。该软件的特色是求解效率高，模面设计功能强大。

瑞士Autoform工程软件公司的Autoform是专门针对汽车工业和金属成形工业中的板料成形而开发和优化的CAE分析软件，用于优化工艺方案和进行复杂型面的模具设计。全世界有很多汽车公司、模具公司及零部件供应商都使用它来进行产品开发、工艺规划和模具研发，其目标是解决“零件可制造性（part feasibility）、模具设计（die design）、可视化调试（virtual tryout）”。它将来自世界范围内的许多汽车制造商和供应商的广泛的诀窍和经验融入其中，并采取用户需求驱动的开发策略，以保证提供最新的技术。由于是纯粹针对汽车板料成形这一特定领域，Autoform拥有一个庞大的汽车零配件数据库，与各大汽车公司的合作较为密切，因此在这一领域占有巨大的市场份额和相关专利。

④Pamstamp　板料成形专用有限元分析软件，法国ESI软件技术公司开发，主流显式分析，可用于板料成形起皱、拉裂及回弹分析。

Pamstamp是法国ESI公司开发的商业化专业板料冲压成形分析软件。该软件集成了来自于optris和viking等软件的尖端冲压模拟技术，并提供了在线决策的可能性。从概念上来看，Pamstamp是第一个和产品的生命周期一体化的金属冲压解决方案，该方案包括从模具设计的可行性研究、设计验证、直至制造工艺的优化的整个制造链。Pamstamp的核心技术主要是由“冲压模拟开发集团”（SSDG）完成开发的。冲压模拟开发集团组合了欧洲主要汽车生产商，比如奥迪、宝马、戴姆勒-克莱斯勒、欧宝、PSA、雷诺和大众等。Pamstamp的新的系统框架可以在各模块之间进行无缝的数据交换，也提供了可以客户化的应用程式编程界面。

⑤Deform　由SFTC公司开发，是一套基于工艺模拟系统的有限元分析软件，专门用于分析各种金属体积成形过程中的三维流动，提供极有价值的工艺分析数据及有关成形过程中材料和温度的流动。

Deform软件是一个高度模块化、集成化的有限元模拟系统，它主要包括前处理器、模拟器、后处理器三大模块。前处理器，主要包括3个子模块。a.数据输入模块，便于数据的交互式输入。如初始速度场、温度场、边界条件、冲头行程及摩擦系数等初始条件。b.网格的自动划分与自动再划分模块。c.数据传递模块，当网格重划分后，能够在新旧网格之间实现应力、应变、速度场、边界条件等数据的传递，从而保证计算的连续性。模拟器：真正的有限元分析过程是在模拟处理器中完成的，Deform运行时，首先通过有限元离散化将平衡方程、本构关系和边界条件转化为非线性方程组，然后通过直接迭代法和Newton-Raphson法进行求解，求解的结果以二进制的形式进行保存，用户可在后处理器中获取所需要的结果。后处理器：后处理器用于显示计算结果，结果可以是图形形式，也可以是数字、文字混编形式，获取的结果可为每一步的有限元网格；等效应力、等效应变；速度场、温度场及压力行程曲线等。