浅谈我用过的有限元软件（一）

weixin

今天，想跟大家分享一下我用过的一些有限元软件，聊聊它们的历史起源、功能特点以及我学习的经历和使用心得。

如果说我用过的有限元软件，那有很多，但大多数都只是上学的时候学过这门课程，为了应付课设，大概的学了几个功能。到目前为止，我比较常用的几款商用软件是Hypermesh、Ansys、Abaqus、MSC Patran和Nastran。有的软件我是最开始学的，一直用到现在；有的是工作后为了需要而学习的。好巧不巧，这几乎是涵盖了国内结构力学市场的几大主流软件。

稍微接触过有限元的人都知道，Hypermesh 是Altair 公司闻名世界的软件，我看过的几乎所有软件介绍里面都称：它是世界上最优秀的前处理软件。其功能强大不言而喻，进入国内市场这么些年，发展到今天，可以说在前处理方面它是老大了，其最大的特点就是几何清理功能非常强，但这个事因人而异，可能你用其他前处理软件会比它顺手。还记得我刚读研时，老师只说了一句：抽时间学学Hypermesh，我便跟它结下了“不解之缘”，它是我接触有限元学习的第一款软件，在我心里的意义当然不一样，毕竟熬夜抠网格的日子，让我终身难忘。

我刚开始学习Hypermesh 的时候，没有系统的学，师兄教一个功能，我记一个功能，忘了接着问，现在想想很感谢师兄愿意一遍遍的教我。我觉得这样的学习方式学起来真的很累，导致我效率很低，学了很长一段时间还只能画一些比较简单规整的结构，好在我坚持不懈的画，慢慢常用的基础功能都掌握了，用得也慢慢熟练了起来。工作之后，我才系统的学习了Hypermesh，加上跟一些前辈学习请教，慢慢地获得了一些学习心得，分享给大家。

如果自己有时间，建议大家一定要系统的学习，由浅入深，循序渐进，可以跟着书学；也可以跟着视频学，一个算例一个算例的跟着做，这样是我觉得最有效果的。

从我个人学习历程来说，我觉得有时候光自己学，还是不够的，稍微学点有限元软件的人都知道，大多数有限元软件都是国外的，它的界面是英文的，提示信息、报错信息也都是英文的，一个操作不小心，一个参数输入不对，软件就会提示你报错信息，从而无法继续进行下去。所以，对于有限元软件的学习我觉得还需要有一些能够辅助你解决问题的方法，网上的各种论坛，QQ群不失为一种方法，当然如果有一个有经验的前辈可以请教，那真是如虎添翼。

刚开始学习软件的时候，不要觉得可以画简单规整的结构，就以为自己已经掌握了软件的功能，可以去画大型装配体了，相信我这一定是你的错觉，结果会导致你越操作越不会，最终产生逆反心理，直接放弃，我曾经就产生过这种心理，举步维艰，学不下去，当时我还刚学没多久，老师就扔给我一个高铁车厢模型，让我们学生去处理网格，基础不牢画不下去，最终只能交给师兄去画。所以，先从简单结构开始，一点点的升级，通过算例去练自己的技能，慢慢去画复杂的结构，把复杂的结构分成简单的结构去画，稳扎稳打才是最踏实的。就像陈奕迅唱的一样，我要稳稳地幸福～～～。

我个人觉得Hypermesh 中有两大模块的功能非常值得大家深入研究，自由网格变形技术 (Hypermorph) 和批量网格处理 (BatchMesh)。

  · 自由网格变形技术可以智能调节网格的形状，进行拉伸，缩小，旋转等等，一次可进行多个变形操作。可实现改变结构姿态而不改变单元形状。

  · 批量网格处理功能，对于时间紧，任务重的项目，不需要打开操作界面，只需要把模型导入进去，设置好参数，系统会自动进行网格划分，壳单元、体单元都可以。大大节省了使用操作界面前处理的时间，节约了计算机资源，而且批处理可以用于二次开发，可以运用编程语言控制程序运行脚本。

这两个模块可以深入学习一下，这种省时省力的功能，不用白不用。

最后一点，就是多学多练多操作，熟能生巧！有限元这个行业跟其他的行业还不一样，它需要你不断的学习新东西，学习理论知识，学习软件操作，学到了还需要多用，不用长时间就忘了。相对于软件而言，想要真正的学好，任何学习方式都离不开多操作，如果我读研期间明白这个道理，那真的会少走很多弯路。

当你在学习软件时，遇到问题进行不下去的时候，很崩溃，对于急脾气，像我这样的人，更难受。但不论怎么说都需要有一个良好的心态，相信问题一定会解决，不然能怎么整，磨练意志吧！

有限元分析的流程总体可以分成三大步：前处理（几何清理、网格划分及材料属性施加）；求解（构建连接关系及边界条件定义）；后处理（查看结果云图及数据曲线）。实际上，目前主流前处理软件前两步是都可以实现的。设定好仿真环境之后，只需要导入到求解器进行计算就可以了，不能说很方便，但也不是很难。

我平时主要用的有限元求解软件有三款：Ansys、Abaqus 和Nastran，今天主要介绍前两款软件，而Nastran放到下篇来讲。

Ansys 和Abaqus 这两款软件，在仿真界里面，就好比威震江湖的倚天剑和屠龙刀一样，不管你是结构还是流体；是静力还是动力；是线性还是非线性；是稳态还是瞬态，这两款软件统统都能拿捏，完全覆盖了目前所有的有限元分析类型，可以说这两款来自欧美不同国家的软件占据了中国仿真行业的半壁江山，全国多数院校及科研院所都是这两款软件的客户。

Ansys 软件是美国Ansys 公司研发的大型通用有限元分析软件，是目前世界范围内增长最快的CAE软件，其实从它在全球市场的发展态势，尤其是收购了Fluent 等软件，推出Workbench 的协同仿真环境平台之后，就可以看出这款软件的野心是想称霸武林。而Abaqus 软件是法国飞机制造商达索公司研发的通用有限元软件，功能同样非常强大，尤其是在非线性分析方面那更是独树一帜。据说，越庞大复杂的高度非线性问题，Abaqus 越厉害，看来这软件是专吃硬骨头的。这两款软件的计算精度也都相差不多，顶多差个0.00x。这个我是有验证过的，我的工作就是对比各种商用软件的计算结果。

对于Ansys 软件我用过比较多的是经典版，可能是我刚开始接触这款软件就用的经典版，所以感觉比较顺手，虽然界面比较老，但是现在有点看习惯了，Workbench 给我的感觉反而有点不适应了。当然，对于我来说Ansys 这款软件经典版和Workbench 都要学习，反正也是学，那不如都学了，我有强迫症，一个都不能少。我觉得经典版最大的好处就是命令流，如果真正学会了命令流，那真是牵着软件走，让它往东，它就不敢往西。但是学起来比较难一些，如果只学GUI 也行，软件怎么样都是操作。

Abaqus 这款软件，我觉得学起来比Ansys 方便，它把每一个步骤给分好了功能模块，你按照步骤操作就可以，如果出现了问题，你可以到相应的功能模块下去检查修正。总之，我觉得操作界面做的比Ansys 人性化很多，以前在学校的时候我只用Ansys，后来自学了Abaqus 的一些功能，到毕业参加工作开始系统的学习，它让我有一种感觉，越用越喜欢，这种感觉挺奇妙。

Ansys 和Abaqus 两款软件都是可以独立完成整个有限元分析的流程，也就是说它们都具备前处理、求解及后处理的功能。但是，它们的前处理功能相比于专业的前处理软件还是逊色了很多，毕竟人家是专门做前处理的，术业有专攻。对于初学者往往有一种错觉就是，要学习这款软件我需要从头学到尾，一个功能都不落下，抱着书从头啃到尾，我觉得倒也不至于如此。

比如Ansys 软件的前处理功能，我觉得可以不学，而Abaqus 的前处理功能可以了解一下，必要时知道如何操作就行。毕竟前处理是有限元分析过程中，最耗费时间与精力的一步，多少CAE工程师的头发都埋葬在了这里，所以为了保护你的头发，请选择一款适合自己的专门前处理软件。使用前处理软件几何清理，划分网格，然后导入到求解器进行计算，要充分的利用好人家前处理软件把软件接口做的那么好的优势，各种软件联合起来仿真，发挥每款软件的巨大优势，不仅显得自己会的多，有逼格，更重要的是延年益寿，懂得都懂。

我是CAE机械师，一个在西安工作的东北人。

来源：CAE机械师微信公众号（ID：lmx19960122）