1.3　常用商業有限元軟件

1.3.1　大型通用有限元軟件

①Nastran　適用于大型通用結構靜、動力及非線性分析，可以計算結構位移、應變、應力、固有頻率及模態分析、響應分析、譜分析及隨機振動分析。NASTRAN屬于Code（即求解器），動力學分析是它的特色，目前集成了非線性分析模塊。該軟件早期主要用于航空航天方面，以后在航空、汽車等業界享有聲譽。

②Ansys　適用于大型結構靜、動力及非線性分析，特別適合多場耦合分析。ANSYS件軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，該軟件主要包括三個部分：前處理模塊、分析計算模塊和后處理模塊。

前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力；后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。

③Abaqus　適用于大型結構靜、動力及非線性分析，非線性分析功能強大。有獨特的材料及單元用戶程序接口，可二次開發，因此廣泛用于高校、科研院所等學術研究機構。

Abaqus有兩個主求解器模塊——Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit，它還包含一個全面支持求解器的圖形用戶界面，即人機交互前后處理模塊——Abaqus/CAE。對某些特殊問題，Abaqus還提供了專用模塊來加以解決。Abaqus是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。Abaqus包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料。作為通用的模擬工具，Abaqus除了能解決大量結構（應力/位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透/應力耦合分析）及壓電介質分析。

④MSC.Marc　適用于大型結構靜、動力、非線性及多場耦合分析，非線性功能強大。MSC.Marc是功能齊全的高級非線性有限元軟件的求解器，它具有極強的結構分析能力。可以處理各種線性和非線性結構分析，包括線性/非線性靜力分析、模態分析、簡諧響應分析、頻譜分析、隨機振動分析、動力響應分析、自動的靜/動力接觸、屈曲/失穩、失效和破壞分析等。

Marc提供了豐富的結構單元、連續單元和特殊單元的單元庫，幾乎每種單元都具有處理大變形幾何非線性、材料非線性和包括接觸在內的邊界條件非線性以及組合的高度非線性的超強能力。Marc的結構分析材料庫提供了模擬金屬、非金屬、聚合物、巖土、復合材料等多種線性和非線性復雜材料行為的材料模型。分析采用具有高數值穩定性、高精度和快速收斂的高度非線性問題求解技術。為了進一步提高計算精度和分析效率，Marc軟件提供了多種功能強大的加載步長自適應控制技術，自動確定分析曲屈、蠕變、熱彈塑性和動力響應的加載步長。Marc卓越的網格自適應技術，以多種誤差準則自動調節網格疏密，不僅可提高大型線性結構分析精度，而且能對局部非線性應變集中、移動邊界或接觸分析提供優化的網格密度，既保證計算精度，同時也使非線性分析的計算效率大大提高。此外，Marc支持全自動二維網格和三維網格重劃，用以糾正過渡變形后產生的網格畸變，確保大變形分析的繼續進行。

⑤HyperWorks　大型通用有限元軟件包，其旗艦產品是大型有限元前處理軟件Hypermesh。Hypermesh有多種CAD格式接口并可以和多種CAE軟件實現數據共享，適用于零件的網格劃分，網格劃分后零件的組裝。其軟件包HyperWorks集成多種求解器如Optistruct、Radioss等，可進行結構的靜、動力、非線性及優化分析。

Altair HyperWorks是企業級的、為工程師量身定做的CAE軟件。HyperWorks系列產品集成了開放性體系和可編程工作平臺，可提供頂尖的CAE建模、可視化分析、優化分析以及健壯性分析、多體仿真、制造仿真以及過程自動化。HyperWorks的開放式平臺可以直接運用頂尖的CAD、CAE求解技術，并內嵌與產品數據管理以及客戶端軟件包交互的界面，具有高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面。HyperWorks包括以下模塊：Altair HyperMesh高性能、開放式有限單元前后處理器，讓您在一個高度交互和可視化的環境下驗證及分析多種設計情況。Altair MotionView通用多體系統動力學仿真及工程數據前后處理器，它在一個直觀的用戶界面中結合了交互式三維動畫和強大無比的曲線圖繪制功能。Altair HyperGraph強大的數據分析和圖表繪制工具，具有多種流行的工程文件格式接口、強大的數據分析和圖表繪制功能以及先進的定制能力和高質量的報告生成器。Altair HyperForm集成HyperMesh強大的功能和金屬成型單步求解器，是一個使用逆向逼近方法的金屬板材成型仿真有限元軟件。

1.3.2　塑性成形專業有限元軟件

①Ls-Dyna　非線性有限元分析求解器，其中顯式分析最為有名。可用于碰撞分析、沖壓分析、固液耦合及爆炸計算等。

Ls-Dyna是世界上著名的通用顯式動力分析程序，能夠模擬真實世界的各種復雜問題，特別適合求解各種二維、三維非線性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等非線性動力沖擊問題，同時可以求解傳熱、流體及流固耦合問題。在工程應用領域被廣泛認可為最佳的分析軟件包。與實驗的無數次對比證實了其計算的可靠性。它以Lagrange算法為主，兼有ALE和Euler算法；以顯式求解為主，兼有隱式求解功能；以結構分析為主，兼有熱分析、流體-結構耦合功能；以非線性動力分析為主，兼有靜力分析功能（如動力分析前的預應力計算和薄板沖壓成型后的回彈計算）；軍用和民用相結合的通用結構分析非線性有限元程序。

②Dynaform　Dynaform軟件是美國ETA公司和LSTC公司聯合開發的用于板料成形數值模擬的專用軟件，由LS-DYNA求解器與ETA/FEMB前后處理器結合，是當今流行的板料成形與模具設計的CAE工具之一。

Dynaform軟件主要由基本模塊、BSE（板料尺寸計算）模塊、DFE（模面設計）模塊等模塊組成。Dynaform軟件包中包含4個程序。這4個程序包含了前處理、求解器和后處理。它們分別是：Dynaform、LS-DYNA、eta/PostGL與eta/GRAPH。在其設置選項中，幾乎涵蓋沖壓模模面設計的所有要素，包括：確定最佳沖壓方向、坯料的設計、工藝補充面的設計、拉延筋的設計、凸凹模圓角設計、沖壓速度的設置、壓邊力的設計、摩擦系數、切邊線的求解、壓力機噸位等。Dynaform軟件適用的設備有：單動壓力機、雙動壓力機、無壓邊壓力機、螺旋壓力機、鍛錘、組合模具和特種鍛壓設備等。主要應用于沖壓、壓邊、拉延、彎曲、回彈、多工步成形等典型鈑金成形過程、液壓成形、輥彎成形、模具設計、壓機負載分析等領域。

③Autoform　由瑞士軟件公司開發，板料成形有限元分析專用軟件，隱式算法，可用于板料成形起皺、拉裂預測。該軟件的特色是求解效率高，模面設計功能強大。

瑞士Autoform工程軟件公司的Autoform是專門針對汽車工業和金屬成形工業中的板料成形而開發和優化的CAE分析軟件，用于優化工藝方案和進行復雜型面的模具設計。全世界有很多汽車公司、模具公司及零部件供應商都使用它來進行產品開發、工藝規劃和模具研發，其目標是解決“零件可制造性（part feasibility）、模具設計（die design）、可視化調試（virtual tryout）”。它將來自世界范圍內的許多汽車制造商和供應商的廣泛的訣竅和經驗融入其中，并采取用戶需求驅動的開發策略，以保證提供最新的技術。由于是純粹針對汽車板料成形這一特定領域，Autoform擁有一個龐大的汽車零配件數據庫，與各大汽車公司的合作較為密切，因此在這一領域占有巨大的市場份額和相關專利。

④Pamstamp　板料成形專用有限元分析軟件，法國ESI軟件技術公司開發，主流顯式分析，可用于板料成形起皺、拉裂及回彈分析。

Pamstamp是法國ESI公司開發的商業化專業板料沖壓成形分析軟件。該軟件集成了來自于optris和viking等軟件的尖端沖壓模擬技術，并提供了在線決策的可能性。從概念上來看，Pamstamp是第一個和產品的生命周期一體化的金屬沖壓解決方案，該方案包括從模具設計的可行性研究、設計驗證、直至制造工藝的優化的整個制造鏈。Pamstamp的核心技術主要是由“沖壓模擬開發集團”（SSDG）完成開發的。沖壓模擬開發集團組合了歐洲主要汽車生產商，比如奧迪、寶馬、戴姆勒-克萊斯勒、歐寶、PSA、雷諾和大眾等。Pamstamp的新的系統框架可以在各模塊之間進行無縫的數據交換，也提供了可以客戶化的應用程式編程界面。

⑤Deform　由SFTC公司開發，是一套基于工藝模擬系統的有限元分析軟件，專門用于分析各種金屬體積成形過程中的三維流動，提供極有價值的工藝分析數據及有關成形過程中材料和溫度的流動。

Deform軟件是一個高度模塊化、集成化的有限元模擬系統，它主要包括前處理器、模擬器、后處理器三大模塊。前處理器，主要包括3個子模塊。a.數據輸入模塊，便于數據的交互式輸入。如初始速度場、溫度場、邊界條件、沖頭行程及摩擦系數等初始條件。b.網格的自動劃分與自動再劃分模塊。c.數據傳遞模塊，當網格重劃分后，能夠在新舊網格之間實現應力、應變、速度場、邊界條件等數據的傳遞，從而保證計算的連續性。模擬器：真正的有限元分析過程是在模擬處理器中完成的，Deform運行時，首先通過有限元離散化將平衡方程、本構關系和邊界條件轉化為非線性方程組，然后通過直接迭代法和Newton-Raphson法進行求解，求解的結果以二進制的形式進行保存，用戶可在后處理器中獲取所需要的結果。后處理器：后處理器用于顯示計算結果，結果可以是圖形形式，也可以是數字、文字混編形式，獲取的結果可為每一步的有限元網格；等效應力、等效應變；速度場、溫度場及壓力行程曲線等。