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CAE有限元軟件中的LS-DYNA、MSC.DYTRAN、ABAQUS比較

2013-07-22  by:廣州ANSYS Workbench軟件培訓中心  來源:仿真在線

1. LSTC公司的LS-DYNA系列軟件

LS-DYNA是一個通用顯式非線性動力分析有限元程序,最初是1976年在美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Lab.)由J.O.Hallquist 主持開發完成的,主要目的是為核武器的彈頭設計提供分析工具,后經多次擴充和改進,計算功能更為強大。此軟件受到美國能源部的大力資助以及世界十余家著名數值模擬軟件公司(如ANSYS、MSC.software、ETA等)的加盟,極大地加強了其的前后處理能力和通用性,在全世界范圍內得到了廣泛的使用。在軟件的廣告中聲稱可以求解各種三維非線性結構的高速碰撞、爆炸和金屬成型等接觸非線性、沖擊載荷非線性和材料非線性問題。即使是這樣一個被人們所稱道的數值模擬軟件,實際上仍在諸多不足,特別是在爆炸沖擊方面,功能相對較弱,其歐拉混合單元中目前最多只能容許三種物質,邊界處理很粗糙,在拉格朗日——歐拉結合方面不如DYTRAN靈活。雖然提供了十余種巖土介質模型,但每種模型都有不足,缺少基本材料數據和依據,讓用戶難于選擇和使用。

2. MSC.software公司的 DYTRAN軟件

當前另一個可以計算侵徹與爆炸的商業通用軟件是MSC.Software Corporation ( MSC公司) 的MSC.DYTRAN程序。該程序在是在LS-DYNA3D的框架下,在程序中增加荷蘭PISCES INTERNATIONAL公司開發的PICSES的高級流體動力學和流體——結構相互作用功能,還在PISCES的歐拉模式算法基礎上,開發了物質流動算法和流固耦合算法。在同類軟件中,其高度非線性、流—固耦合方面有獨特之處。

MSC.DYTRAN的算法基本上可以概況為:MSC.DYTRAN采用基于Lagrange格式的有限單元方法(FEM)模擬結構的變形和應力,用基于純Euler格式的有限體積方法(FVM)描述材料(包括氣體和液體)流動,對通過流體與固體界面傳遞相互作用的流體—結構耦合分析,采用基于混合的Lagrange格式和純Euler格式的有限單元與有限體積技術,完成全耦合的流體-結構相互作用模擬。MSC.DYTRAN用有限體積法跟蹤物質的流動的流體功能,有效解決了大變形和極度大變形問題,如:爆炸分析、高速侵徹。

但MSC.DYTRAN本身是一個混合物,在繼承了LS-DYNA3D與PISCES的優點同時,也繼承了其不足。首先,材料模型不豐富,對于巖土類處理尤其差,雖然提供了用戶材料模型接口,但由于程序本身的缺陷,難于將反映材料特性的模型加上去;其次,沒有二維計算功能,軸對稱問題也只能按三維問題處理,使計算量大幅度增加;在處理沖擊問題的接觸算法上遠不如當前版的LS-DYNA3D全面。

3. HKS公司的ABAQUS軟件

ABAQUS是一套先進的通用有限元系統,也是功能最強的有限元軟件之一,可以分析復雜的固體力學和結構力學系統。ABAQUS有兩個主要分析模塊:ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力,如應力和變形、熱交換、質量傳遞等;ABAQUS/Explicit應用對時間進行顯示積分求解,為處理復雜接觸問題提供了有力的工具,適合于分析短暫、瞬時的動態事件,但對爆炸與沖擊過程的模擬相對不如DYTRAN和LS-DYNA3D。


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