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1、工程计算软件系统第一讲工程计算软件系统第一讲-常用常用CAE软件介绍软件介绍连志强连志强常用常用CAE软件系统介绍软件系统介绍n通通过这节课我我们应该：n了解常用工程了解常用工程计算算软件的分件的分类；n记住常用工程住常用工程计算算软件的名字及主要功能；件的名字及主要功能；n了解一些行了解一些行业专用的工程用的工程计算算软件。件。常用常用CAE软件系统分类软件系统分类通用通用类软件系件系统可可对多种多种类型的工程和型的工程和产品的品的物理力学性能物理力学性能进行分析、模行分析、模拟、预测、评价和价和优化，以化，以实现产品技品技术创新。新。这类软件以覆盖件以覆盖的的应用范用范围广而著称；广而著称
2、；专用用类软件系件系统针对特定特定类型的工程或者型的工程或者产品品所开所开发的用于的用于产品性能分析、品性能分析、预测和和优化的化的软件。件。这类软件因在某个特定件因在某个特定领域的域的应用而用而见长；通常分类通常分类常用常用CAE软件系统分类（软件系统分类（2）n求解器求解器类软件件n前后前后处理理类软件件按功能分类按功能分类n面向结构领域的软件面向结构领域的软件n面向流体力学领域的面向流体力学领域的CFD软件软件n多物理场耦合软件多物理场耦合软件按应用领域分类按应用领域分类1.1 通用类软件系统通用类软件系统n美国美国MSC公司的公司的Nastran、marc软件件n美国美国ANSYS公司
3、的公司的Ansys软件件n美国美国ABAQUS公司的公司的Abaqus软件（就是以前的件（就是以前的HKS公公司）司）n美国美国ADINA公司的公司的Adina软件件n美国美国LSTC公司的公司的Ls-Dyna软件件nALGOR公司的公司的Algor软件件nComsol系列系列软件件n美国美国EDS公司的公司的I-deas软件件n法国法国ESIgroups软件系件系统n大大连理工自主研理工自主研发的的SiPESC软件件专用类软件系统（专用类软件系统（1）n计算流体力学算流体力学类软件件nFluent软件件nStar-CD软件件nCFX软件件nESICFDRC软件件nPHOENICS软件件n钢结
4、构构类软件件nHypersteel软件件CADs公司开公司开发的的钢架架绘制和制和设计软件件nXsteel软件芬件芬兰Tekla公司开公司开发的的钢结构分析系构分析系统专用类软件系统（专用类软件系统（2）n建筑建筑结构构类软件件nREI公司的公司的Staad软件件nSapnonlinearn中国建研院中国建研院PKPM软件件nLUSASFEA软件件nCSI公司公司ETABS软件件nCSI公司公司SAFE软件基件基础和楼板和楼板设计软件件n结构构动力分析力分析软件件nRecurdyn软件件nDymola软件件专用类软件系统（专用类软件系统（3）n优化化类软件件nIsight软件件nOptisha
5、pe软件件nGENESIS软件件VR&D公司的公司的专业的的结构分析与构分析与优化化软件系件系统nDOT软件件VR&D公司的基于梯度理公司的基于梯度理论的的优化求解器化求解器n转子子动力学力学软件件Samcef/Rotor比利比利时SamTech公司开公司开发的的转子系子系统的建的建模，阻尼与无阻尼模，阻尼与无阻尼转子子临界界转速、速、转子子稳定性、不平衡定性、不平衡响响应分析及瞬分析及瞬态响响应分析、弯扭耦合分析分析、弯扭耦合分析软件系件系统专用类软件系统专用类软件系统(4)n声声场分析分析软件件nLMS公司的公司的Sysnoise软件件nMSC公司的公司的Actran软件件n电磁磁场分析分
6、析软件件nAnsys公司的公司的Emag和和FEKO软件件nAnsoft公司的公司的Maxwell软件件n铸造造类软件件nSuperformMarc的的专业应用版，用于部件用版，用于部件制造制造过程的模程的模拟及及优化化nSuperforge锻造造过程模程模拟软件件前后处理软件系统前后处理软件系统nMSC公司的公司的Patran软件件nAltair公司的公司的Hypermesh软件通用网格剖分程序件通用网格剖分程序nEDS公司的公司的Femap软件通用网格剖分程序件通用网格剖分程序nSamTech公司的公司的Samcef/Field软件件nCAE-Beta公司的公司的ANSA软件件nCeetr
7、on公司的公司的Glview-Pro软件件nCEI公司的公司的Ensight软件件nTecplot软件通用数据件通用数据处理理软件件nOASYS软件件Ls-Dyna的前后的前后处理系理系统nGambit软件件Fluent的前的前处理理软件系件系统nXYZ公司的公司的TrueGrid有限元网格剖分有限元网格剖分软件件nPointwise公司的公司的Gridgen软件件CFD网格剖分网格剖分软件件nETA公司的公司的FEMB软件件Ls-Dyna的前后的前后处理理软件件MSC公司软件系统公司软件系统nMSC公司是全球最大的公司是全球最大的PLM产品供品供应商，其商，其产品主要品主要有：有：nPatr
8、an通用前后通用前后处理系理系统，nNastran通用有限元分析系通用有限元分析系统nMarc非非线性有限元分析系性有限元分析系统nFatigue疲疲劳寿命分析系寿命分析系统nDytran碰撞、接触等瞬碰撞、接触等瞬态非非线性分析系性分析系统nAdams机构仿真系机构仿真系统nVisualNastran4D机构机构/结构运构运动仿真分析仿真分析软件件nFEA.AFEAMarc和和patran联合合组成的成的软件件nSOFY面向工程的有限元前后面向工程的有限元前后处理器理器nOptishape/Construct-结构构优化模化模块ANSYS软件系统软件系统nANSYS是一个功能是一个功能强大的
9、有限元分析与大的有限元分析与优化化设计系系统，可用来求，可用来求解解结构、流体、构、流体、电力、力、电磁磁场及碰撞等及碰撞等问题。已广泛。已广泛应用于航空用于航空航天、汽航天、汽车工工业、生物医学、生物医学、桥梁、建筑、梁、建筑、电子子产品、重型机械、品、重型机械、微机微机电系系统、运、运动器械等器械等领域。主要域。主要产品有：品有：nMechanical-ansys结构分析模构分析模块nCFXansys流体流体动力学分析模力学分析模块nEMAGansys电磁磁场分析模分析模块nFEKOansys大尺寸高大尺寸高频电磁磁场分析模分析模块nWorkbenchansys协同仿真同仿真环境境nICE
10、M-CFDansysCFD的前后的前后处理器理器nDesignModeleransys全参数化全参数化实体建模模体建模模块nDesignXplorerVTansys优化模化模块nTurboGrid涡轮机械叶机械叶栅通道网格划分通道网格划分nBladeGen交互式交互式涡轮机械叶片机械叶片设计nCivilFEM土木工程土木工程专用分析模用分析模块nFe-Safeansys高高级疲疲劳分析模分析模块ABAQUS软件软件nABAQUS通用通用线性性/非非线性分析性分析软件，包括十分丰富件，包括十分丰富的、可模的、可模拟任意任意实际形状的形状的单元元库，并与之，并与之对应拥有有各种各种类型的材料模型型
11、的材料模型库，可以模，可以模拟大多数典型工程材大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、材料、钢筋混凝土、可筋混凝土、可压缩有有弹性的泡沫材料以及性的泡沫材料以及类似于土和岩石等地似于土和岩石等地质材料。主要模材料。主要模块有：有：nABAQUS/CAE通用前通用前处理模理模块nABAQUS/Standard通用分析模通用分析模块nABAQUS/Explicit显式分析求解模式分析求解模块nABAQUS/Aqua海洋平台、管道和海底海洋平台、管道和海底电缆系系统提供波提供波动载荷、拖力和浮力的荷、拖力和浮力的计算算nABA
12、QUS/Design设计灵敏度分析模灵敏度分析模块Adina软件软件nADINA是由是由Bathe开开发的著名的有限元分析程的著名的有限元分析程序，可以求解固体，流体，固序，可以求解固体，流体，固-液耦合，液耦合，热等等问题。包括模。包括模块有：有：nADINA结构分析模构分析模块nADINA-F流体分析模流体分析模块nADINA-AUI前后前后处理模理模块nADINA-FSI流固耦合分析模流固耦合分析模块nADINA-T热分析模分析模块nADINA-TMC热结构耦合分析模构耦合分析模块nADINA-TRANSOR与与CAD系系统LS-DYNA软件系统软件系统nLS-DYNA是世界最著名的以是
13、世界最著名的以显式式为主、主、隐式式为辅的通用非的通用非线性性动力分析有限元程序，力分析有限元程序，特特别适合求解各种二适合求解各种二维、三、三维非非线性性结构的构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性性动力冲力冲击问题。同。同时可以求解可以求解传热、流体及流、流体及流-固固耦合耦合问题。Algor软件软件n以著名的以著名的SAP软件件为基基础发展而来，最早被称展而来，最早被称为SuperSAP，包括静力、，包括静力、动力、流体、力、流体、热传导、电磁磁场、管道工、管道工艺流程流程设计等等，有众多的，有众多的分析模分析模块，可以，可以满足不同行足不同行业的需要。主要模的
14、需要。主要模块有：有：nMultiphysics，MEMS，inCAD，PipePak，Civil等。等。Comsol Multiphysics软件软件n即即为原来的原来的FEMLAB软件，件，为多重物理多重物理场耦合分析耦合分析软件系件系统。基。基本模本模块中特色模中特色模块：燃料燃料电池池(FuelCell)光光电(electronicoptic)微机微机电(MEMS)两相流两相流(TwoPhaseFlow)热传(HeatTransfer)专用模用模块：化工模化工模块(Chemical)结构分析模构分析模块(Structuralmechanics)电磁模磁模块(Electromagneti
15、cs)热传(HeatTransferModule)微机微机电(MEMSModule)地球科学地球科学(EarthScienceModuleI-deas软件软件nI-DEAS是美国是美国SDRC公司公司(现被被ugs公司收公司收购）推出的功能推出的功能强大的大的设计软件，可以提供从件，可以提供从产品品概念、概念、产品造型、品造型、产品仿真、品仿真、产品品测试、产品品加工直至逆向工程的全部功能。加工直至逆向工程的全部功能。其有限元分析功能也十分其有限元分析功能也十分强大，包括大，包括结构分构分析，流体析，流体动力学分析，注塑成型分析，声学力学分析，注塑成型分析，声学分析等。分析等。ESI系列软件系
16、列软件nESI集集团是全球首屈一指的材料物理学数是全球首屈一指的材料物理学数值模模拟原型和原型和制造流程供制造流程供应商。其主要商。其主要产品有：品有：nPAM-CRASH2G基于基于显式有限元算法的式有限元算法的计算机三算机三维碰撞冲碰撞冲击仿真模仿真模拟系系统nPAM-STAMP2G板金成形板金成形过程的有限元程的有限元计算机模算机模拟系系统nPAM-SAFE2G基于有限元算法的汽基于有限元算法的汽车被被动安全性模安全性模拟分析系分析系统nPAM-FLOW空气空气动力分析力分析软件，适用范件，适用范围从从涡轮机机到汽到汽车阻力系数。阻力系数。nPROCAST铸造模造模拟软件件nPAM-OP
17、T优化化软件包件包SiPESC软件软件nSiPESC（SoftwareIntegrationPlatformforEngineeringandScientificComputation，工程与科，工程与科学学计算集成化算集成化软件平台）由大件平台）由大连理工大学运理工大学运载工程工程与力学学部与力学学部/工工业装装备结构分析国家重点构分析国家重点实验室研室研发的面向工程与科学的面向工程与科学计算的集成算的集成软件系件系统，目的是构，目的是构建适用于建适用于计算力学的科学研究和工程算力学的科学研究和工程应用的公共服用的公共服务软件平台。件平台。软件平台将以共享件平台将以共享/开源的形式向研究开源
18、的形式向研究单位及人位及人员提供技提供技术支持。支持。n网址网址www.sipesc.org提供手册及提供手册及试用版下用版下载Fluent软件软件nFLUENT软件采用基于完全非件采用基于完全非结构化网格的有限体构化网格的有限体积法，用来模法，用来模拟从不可从不可压缩到高度可到高度可压缩范范围内的复内的复杂流流动。FLUENT软件包含三种算法：非耦合件包含三种算法：非耦合隐式算法、式算法、耦合耦合显式算法、耦合式算法、耦合隐式算法。主要模式算法。主要模块有：有：nPOLYFLOW采用有限元法的采用有限元法的CFD软件，件，专用于用于粘粘弹性材料的流性材料的流动模模拟nFIDAP适合解决从不可
19、适合解决从不可压缩到可到可压缩范范围内的复内的复杂流流动问题nGAMBIT面向面向CFD分析的高分析的高质量的前量的前处理器，其理器，其主要功能包括几何建模和网格生成主要功能包括几何建模和网格生成nTGRID专业的完全非的完全非结构化网格生成构化网格生成软件件nG/turbo针对叶叶轮机械前机械前处理器，可以快速高效生理器，可以快速高效生成叶成叶轮机械网格机械网格nFloWizard面向工程的面向工程的CFD软件，操作件，操作简单。Star-CD软件软件n基于有限体基于有限体积法的，最初是由流体力学鼻祖法的，最初是由流体力学鼻祖-英英国帝国理工大学国帝国理工大学计算流体力学算流体力学领域的域的
20、专家开家开发，占有市占有市场CFD市市场份份额的的35%，可求解牛，可求解牛顿流流体、非牛体、非牛顿流体；流体；稳态、非、非稳态；层流、湍流；流、湍流；可可压缩、不可、不可压缩流流动；辐射、射、传热、传质；拉格朗日多相流、欧拉多相流；自由表面模拉格朗日多相流、欧拉多相流；自由表面模拟；燃燃烧及化学反及化学反应等等CFX软件软件nCFX是全球第一个通是全球第一个通过ISO9001质量量认证的大的大型商型商业CFD软件，是英国件，是英国AEATechnology公公司开司开发，2003年被年被ANSYS公司收公司收购。主要模。主要模块有：有：nICEM-CFD前前处理模理模块nBladgen交互式
21、交互式涡轮机械叶片机械叶片设计工具工具nTurboGrid旋旋转机械叶片网格生成机械叶片网格生成软件件nTascflow旋旋转机械工程机械工程CFD软件件CFDRC软件软件n是是CFDRC公司（公司（CFDResearchCorporation）开）开发的三的三维计算流体力学算流体力学软件。广泛地被用在空气件。广泛地被用在空气动力学力学(如如飞机流机流场、汽、汽车流流场)、工工业工程及建筑通工程及建筑通风设计、半、半导体体设计、流、流场结构耦合构耦合计算、流算、流场-结构构-电场耦合耦合计算，算，导弹力学分析等等。主要模力学分析等等。主要模块有：有：nCFD-FASTRAN专为航空航天航空航天
22、领域域设计的可的可压缩流流动的的CFD软件件nCFD-GEOM前前处理系理系统nCFD-ACE+为电子子领域的研究域的研究设计提供的提供的专业电子子散散热/电磁兼容模磁兼容模拟分析分析软件件nCFD-Micromesh为微微电子子领域域设计的高度自的高度自动化化的建模及网格生成的建模及网格生成软件件nCFD-VIEW通用后通用后处理理软件件PHOENICS软件软件nPHOENICS是模是模拟传热学与流体力学的通用学与流体力学的通用CFD软件件。适用于零。适用于零维、一、一维、二、二维、三、三维、稳态、非、非稳态分析。可分析可分析。可分析可压缩与不可与不可压缩流体，包括非牛流体，包括非牛顿流、多
23、孔介流、多孔介质中的流中的流动，传导、传热等以及等以及亚音速，超音速，跨音速模音速，超音速，跨音速模拟。Staad软件软件nREI公司开公司开发的静力、的静力、动力、失力、失稳、非、非线性、性、瞬瞬态动力反力反应、稳态动力反力反应、地震反、地震反应分析系分析系统。还包含了各种非包含了各种非线性本构关性本构关系。系。CSI公司系列软件公司系列软件nETABS房屋建筑房屋建筑结构分析与构分析与设计软件，是全件，是全球公球公认的高的高层结构构计算程序，包含多个国家的算程序，包含多个国家的建筑建筑规范；范；nSAP2000nonlinear建筑建筑结构分析通用构分析通用软件件nSAFE集成化的楼板、基
24、集成化的楼板、基础底板和底板和扩展式基展式基础设计软件件Recurdyn软件软件n韩国国Functionbay公司开公司开发出的新一代多体系出的新一代多体系统动力学仿真力学仿真软件。它采用相件。它采用相对坐坐标系运系运动方程方程理理论和完全和完全递归算法，非常适合于求解大算法，非常适合于求解大规模模的多体系的多体系统动力学力学问题。Dymola软件软件nDymola是瑞典是瑞典Dynasim公司开公司开发的仿真建模的仿真建模软件，件，广泛用广泛用在汽在汽车，航空，航天等，航空，航天等领域。域。nDymola将不同将不同领域的域的问题分成不同的模型分成不同的模型库，包括：，包括：nRotatio
25、nallibrary-包括旋包括旋转钢体，理想体，理想齿轮箱，离合箱，离合器，制器，制动器等器等nElectricallibrary-包括包括电阻，阻，电容，容，电感，感，变压器，基器，基本半本半导体器件等体器件等nBlocklibrary-包括像包括像传递函数，控制器，非函数，控制器，非线性元件性元件等等输入、入、输出模出模块nMultibodysystemslibrary-包括三包括三维刚体，关体，关节，弹簧，簧，阻尼器，阻尼器，压力器件等力器件等nHydrauliclibrary-包括包括泵，马达，各种达，各种阀门，喷嘴，嘴，管路等管路等nPowersystemstransientlib
26、rary-三相三相发电机，机，负载，线路，路，变压器，陷波器等器，陷波器等iSight软件软件niSIGHT是由美国是由美国Engineious公司出品的公司出品的过程程集成、集成、优化化设计和和稳健性健性设计的的软件，具有件，具有“软件机器人件机器人”之称。之称。它能它能够实现CAD/CAE/CAM以及以及PDM等等各种操作系各种操作系统的自的自动化和集成化，并化和集成化，并为产品品设计及开及开发提供最提供最优化化设计及及稳健健设计功能。功能。iSIGHT已已经在汽在汽车、航空航天、工、航空航天、工业制造、制造、电子及国防工子及国防工业等多种等多种领域广泛域广泛应用。用。Optishape软
27、件软件n日本日本Quint公司开公司开发的的结构形状及拓朴构形状及拓朴优化化软件系件系统。OptiStruct软件软件nAltair公司开公司开发的的OptiStruct是一个有限元是一个有限元结构构分析和分析和优化化软件，内含一个准确快速的有限元件，内含一个准确快速的有限元求解器，用于求解器，用于进行概念行概念设计和和细化化设计。可以。可以进行行线性静性静态和自然和自然频率率优化分析。化分析。n拥有有强大、高效的概念大、高效的概念优化和化和细化化优化能力化能力,优化方法多种多化方法多种多样，可以，可以应用在用在设计的各个的各个阶段，其段，其优化化过程可程可对静力、模静力、模态、屈曲、分析、屈
28、曲、分析进行行优化。化。Sysnoise软件软件nSYSNOISE是全球声振是全球声振设计、优化的先化的先驱，功，功能能强大，分析功能从空腔的声大，分析功能从空腔的声场分布到分布到环绕物体物体的声的声场，甚至可分析声音，甚至可分析声音载荷作用下荷作用下结构的响构的响应。可可预测声波的声波的辐射、散射和射、散射和传递，以及声学，以及声学载荷荷引起的声学响引起的声学响应。MSC.Actran软件软件nMSC.Actran-可以解决可以解决许多与声多与声场相关的不同相关的不同类型的型的问题，包括，包括辐射、散射、射、散射、简单板或复合板的板或复合板的声声传递、封、封闭的声的声场、管道中的、管道中的传
29、播、播、对流流传播、播、流体流体-结构交互作用和阻尼的准确建模。构交互作用和阻尼的准确建模。nMSC.Actran是基于有限元和无限元方法求解器。是基于有限元和无限元方法求解器。Ansoft公司公司Maxwell软件软件n包括包括Maxwell2D和和3D两个模两个模块。nMaxwell2D包括交流包括交流/直流磁直流磁场、静、静电场以及瞬以及瞬态电磁磁场、温度、温度场分析，参数化分析，以及分析，参数化分析，以及优化功能化功能nMAXWELL3D最佳的高性能三最佳的高性能三维电磁磁设计软件。件。可以分析可以分析涡流、位移流、位移电流、集肤效流、集肤效应和和邻近效近效应功率功率损耗、耗、线圈圈损
30、耗、某一耗、某一频率下的阻抗（率下的阻抗（R和和L）、力、）、力、转矩、矩、电感、感、储能等参数可以自能等参数可以自动计算。同算。同时也可以也可以给出整个相位的磁力出整个相位的磁力线、B和和H分布分布图、能量密度、温、能量密度、温度分布等度分布等图形形结果。果。Hypermesh软件软件nHyperMesh是是Altair公司开公司开发的的一个高效的有一个高效的有限元前后限元前后处理器，能理器，能够建立各种复建立各种复杂模型的有模型的有限元和有限差分模型，与多种限元和有限差分模型，与多种cad和和cae软件有件有良好的接口并具有高效的网格划分功能。良好的接口并具有高效的网格划分功能。Femap
31、软件软件nFEMAP是一个基于是一个基于Windows的有限元前后的有限元前后处理器，理器，FEMAP为工程工程师和分析和分析专家解决有限元家解决有限元问题提供提供了一个了一个简便、精确、有效的解决方案。便、精确、有效的解决方案。nFEMAP提供了从高提供了从高级梁造型、中面提取、六面体梁造型、中面提取、六面体网格划分，到功能卓越的网格划分，到功能卓越的CAD输入和入和简化工具。化工具。CEI公司的公司的Ensight软件软件nEnSight软件是一个用于高端科学和工程数据件是一个用于高端科学和工程数据的分析、可的分析、可视化化领域开域开发的工具，它能分析、的工具，它能分析、可可视化和沟通高端
32、科学和工程数据集。化和沟通高端科学和工程数据集。nEnSight充分利用并行充分利用并行处理和渲染理和渲染,提供提供对VR设备阵列的支持以及能列的支持以及能够实时协同。同。nEnSight能能处理包含上百万甚至上理包含上百万甚至上亿个个节点的点的模型。模型。n包含包含standard版，版，gold版，版，VR版版Tecplot软件软件nTecplot是是绘图和数据分析的通用和数据分析的通用软件，是数件，是数值模模拟、数据分析和、数据分析和测试的理想工具。的理想工具。Tecplot可可以以绘制制XY，2-D和和3-D数据数据图以以显示工程和科示工程和科学数据学数据。Truegrid软件软件nX
33、yz公司开公司开发的著名的通用网格剖分前的著名的通用网格剖分前处理理软件，支持大部分有限元分析件，支持大部分有限元分析(FEA)及及计算流体算流体动力学力学(CFD)软件。件。Gridgen软件软件nPointwise公司开公司开发的用于的用于CFD软件网格剖分的件网格剖分的程序，具有良好的程序，具有良好的CAD接口，可以直接接口，可以直接读入入Catia，Pro/E，UG等等CAD模型，并可模型，并可编辑修修改。改。n可以生成多区域的六面体网格，四面体网格可以生成多区域的六面体网格，四面体网格以及混合网格，以及混合网格，回顾回顾MSCAnsysAbaqusAdinaAlgorI-deasLs-dynaCosmolESI系列系列通用类软件专用类软件计算流体计算流体建筑结构类建筑结构类钢结构类钢结构类多体动力学类多体动力学类结构优化类结构优化类转子动力学类转子动力学类声场类声场类电磁场类电磁场类铸造类铸造类前后处理类前后处理类The End！