主流有限元软件性能对比分析

有限元分析是对于结构力学分析迅速发展起来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域--飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。

常见软件

有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。

编辑本段软件对比

ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。

结构分析能力排名：1、ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS

流体分析能力排名：1、ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS

耦合分析能力排名：1、ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS

性价比排名：最好的是ADINA，其次ABAQUS、再次ANSYS、最后MSC.ABAQUS软件与ANSYS软件的对比分析

1． 在世界范围内的知名度

两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。

由于ANSYS产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS软件在用户数量和市场推广度方面要高于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。

2． 应用领域

ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。

3． 性价比

ANSYS软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的线性及耦合问题时，具有较好的性价比。但在实际工程中，非线性是比线性远为普遍的自然现象，线性通常只是非线性的理想化假设。随着研究水平的提高和研究问题的深入，非线性问题必然成为工程师和研究人员面临的课题，并成为制约深入研究和精确设计的瓶颈。购买ABAQUS软件可以很好地解决这些问题，缩短研制周期、减少试验投入，避免重新设计。工欲善其事，必先利其器，使用不恰当或低档的分析工具进行工作的成本要远超过使用合适工具的成本。因此，从综合效益和长远效益而言，ABAQUS软件的经济性也是非常突出的。

4． 求解器功能

对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。

ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。

另外，由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(显式积分)同为ABAQUS公司的产品，它们之间的数据传递非常方便，可以很容易地考虑预紧力等静力和动力相结合的计算情况。

ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以解决其它软件不收敛的非线性问题，其它软件也收敛的非线性问题，ABAQUS软件的计算收敛速度较快，并更加容易操作和使用。

5． 人机交互界面

ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的软件运行平台，他汲取了同类软件和CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器软件紧密结合。

与其他有限元软件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特点：

l 采用CAD方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。

强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。

l 鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了连接(interaction)模块，可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触问题。

l 采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力工具。

6． 综合性能对比

综合起来，ABAQUS软件具有：

l 更多的单元种类，单元种类达433种，提供了更多的选择余地，并更能深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为

l 更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属材料外，还可以有效地模拟复合材料、土壤、塑性材料和高温蠕变材料等特殊材料

编辑本段ANSYS软件与ABAQUS、ADINA的对比分析

1． 在世界范围内的知名度：

三种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。

ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉；ABAQUS软件则致力于复杂和深入的非线性工程问题；而ADINA软件除了求解非线性问外，其多物理场的流固耦合求解功能也是全球唯一的专利技术。

2． 应用领域：

三种软件同为大型通用分析软件，都具有各自广泛的应用领域。

ANSYS注重应用领域的拓展和合并，目前已覆盖结构、温度、流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域；ABAQUS则只具备结构分析功能，功能仅局限于结构力学领域；而ADINA软件和ANSYS软件一样都包括结构、温度、流体及流固耦合的功能，因此其应用领域也是相当广泛。

3． 性价比

三种软件同为美国的有限元分析软件，在价格方面相差不是特别大，不过由于ABAQUS软件仅具有结构分析的功能，因此从整体来看ABAQUS软件是最为便宜的；不过如果需要进行流体计算或者多物理场耦合求解功能的话，则相信ANSYS软件和ADINA软件都会是更好的选择。

4． 求解器功能

对于常规的结构线性问题，三种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。

ABAQUS软件和ADINA软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势；而ANSYS软件和ADINA软件则在流体和多物理场耦合功能方面具有无可比拟的优势。

5． 人机交互界面

ANSYS/Workbench、ABAQUS/CAE、ADINA/AUI都是采用CAD方式建模和可视化视窗系统，都具有良好的人机交互特性。三种软件都除了提供窗口操作外都还提供命令流输入，但是ABAQUS/CAE并不对所有的命令流都支持CAE界面操作。

6．建模方式

ANSYS软件和ADINA软件都采用Parasolid为核心的实体建模技术，因此可以和其它Parasolid为核心的CAD软件实行真正无缝的双向数据交换，且该两种软件自身的建模功能很强大。而ABAQUS软件的CAE模块和输入文件两种建模方式是由两家不同的公司研制的，CAE模块功能还不是很完全，一些功能只能通过编辑INP输入文件来实。

7．网格划分

三种软件都提供多种网格划分器，可以进行复杂模型的自由网格划分。

除常见网格划分外，ANSYS软件和ADINA软件还可以对复杂模型进行自动六面体网格划分，从而在节省技术人员工作时间的情况下又保证了网格的精度。

8． 综合性能对比

ANSYS软件的命令流操作非常方便，对于结构循环优化方面比较有优势，但目前还只是局限于线性方面，非线性方面功能很差而且基本没有；

ABAQUS软件则在显式非线性方面有些特色，但隐式非线性方面比不上ADINA，且不具备流体的功能；

ADINA软件则在结构非线性及多物理场耦合方面非常出色，是全球非线性功能最强大的有限元软件之一，而且具有全球最好的流固耦合分析功能。

编辑本段FEPG

中国科学院数学与系统科学研究所梁国平研究员团队历经八年的潜心研究，独创了具有国际领先水平的有限元程序自动生成系统（FEPG）。FEPG采用元件化思想和有限元语言这一先进的软件设计，为各种领域、各方面问题的有限元求解提供了一个极其有力的工具，采用FEPG可以在数天甚至数小时内完成通常需要数月甚至数年才能完成的编程劳动。FEPG是目前“幸存”下来的为数不多的CAE技术中发展最好的有限元软件，目前有三百多家科研院、企业应用。也已成为国内做的最大的有限元软件平台。

FEPG作为通用型的有限元软件,能够解决固体力学、结构力学、流体力学、热传导、电磁场以及数学方面的有限元计算，在耦合具有特有的优势，能够实现多物理场任意耦合；在有限元并行计算方面处于领先地位。

编辑本段COMSOL Multiphsic

COMSOL Multiphysics是一款大型的高级数值仿真软件。广泛应用于各个领域的科学研究以及工程计算，被当今世界科学家称为“最专业的多物理场全耦合分析软件”。模拟科学和工程领域的各种物理过程，COMSOL Multiphysics以高效的计算性能和杰出的多场双向直接耦合分析能力实现了高度精确的数值仿真。

编辑本段SciFEA

SciFEA软件目前开发的计算功能包括梁、板、壳结构计算；弹性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性、非线性弹性计算；热分析、流体分析、流固耦合、热固耦合、热流固耦合计算等功能。计算的类型包括静力、动力、模态分析等。目前，SciFEA软件已形成了单机版、网络版、集群并行版、GPU并行版，GPU并行版是基于新的GPU/CPU混合架构的并行有限元计算系统。SciFEA可用于机械、土木、电气、电子、热能、航空航天、地质、能源等专业的有限元计算分析。也可用于高校研究所等单位的有限元教学与科研。

1．SciFEA软件结构及特点

SciFEA抛弃了传统CAE软件复杂结构体系设计模式，采用直接面向用户需求的独立模块开发方式。SciFEA软件中的功能模块保持了计算的独立性，对CAE软件功能扩展的复杂度降低。同时，进一步和行业需求集成的灵活度增加。

SciFEA软件包括软件操作界面、前后处理和计算功能模块三大部分。前后处理采用欧洲工程数值模拟中心开发的GiD软件包，SciFEA3.0版提供计算功能模块包括：弹性计算、塑性计算、流体计算、粘弹性计算、材料计算、结构计算、损伤破裂计算、水热力耦合计算、传热计算、渗流计算、电磁计算、电热力耦合计算、岩土计算、热固耦合计算、化学反应计算等；计算类型包括稳态、瞬态、动力、非线性等。

SciFEA发布的计算功能模块均提供算例，用户可以结合算例学习SciFEA。SciFEA的用户模块挂载功能实现了计算模块的快速整合以及耦合问题的快速求解。

2．SciFEA软件系列

SciFEA目前提供单机版、网络版、机群并行版、显卡（GPU）并行版，目前发行的版本为3.0版本。单机版、网络版均提供免费试用的版本。使用版本的使用方式和正式版本一致，只是在计算的单元规模上有少于3000个单元的限制。网络版iSciFEA提供了试用的通用帐号（用户名：guest；密码SciFEA）。iSciFEA，SciFEA在北京超算官网上均有下载。

3．SciFEA软件前后处理

SciFEA的前后处理器采用欧洲工程数值模拟国际中心开发的GiD软件。GiD软件具有几何建模、网格划分、CAD数据导入、后处理结果显示等功能。GiD采用类似于CAD的操作模式。

几何建模

可以通过拉伸、旋转、景象、缩放、偏置等操作得到面、体，可以直接构造矩形、多边形、圆、球、圆柱、圆锥、棱柱、圆环等；通过体面的布尔加、减、交等操作得到模型。

网格自动生成

GiD可将几何模型自动离散成线单元、三角形单元、四边形单元、四面体单元、六面体单元等，并且可以根据用户的需要对网格进行局部的加密以及网格阶次的选择。

CAD和CAE接口

GiD提供：IGES、DXF、Parasolid、VDA、STL、Nastran等接口，并且可以将GiD的数据文件写成上述的格式。

后处理

GiD可将结果写成各种常用的图形文件如：BMP、GIF、TPEG、PNG、TGA、TIFF、VRML等格式，以及AVI、MEPG的动画格式。后处理支持的结果显示方式有：带状云图显示、等直线显示、切片显示、矢量显示、变形显示等等。并且可以根据用户的需要定制显示菜单。

4．SciFEA软件GPU版本

超算显卡并行有限元分析系统（简称SciFEA-GPU）是北京超算自主开发的一款基于GPU/CPU混合架构的有限元分析系统。基于GPU和CPU两种不同架构处理器的结合，组成硬件上的协同模式；通过实现GPU和CPU的混合编程，由CPU负责执行顺序型的代码，由GPU来负责密集的并行计算实现高效有限元分析。同时SciFEA-GPU软件按照全新的可装配的思路进行开发，利用软件的可重用性，降低了软件开发的难度，增加了软件的可靠度。SciFEA-GPU软件的设计架构体现了数值模拟软件个性化发展方向，为用户提供了一种按需选择的高性能计算新模式。

目前SciFEA-GPU在材料固化、岩石破裂、瓦斯运移、孔隙介质渗流均有成功应用，隐式算法的计算效率是单CPU的6-8倍，显式算法在30倍左右。目前，北京超算提供计算GPU加速引擎和GPU并行计算软件开发定制服务。

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