現在(2020年),在國內有比較大佔有率的有限元軟體就有好幾個,這些軟體有什麼優缺點?初學者如果沒有特定的傾向,或者是公司剛剛涉足有限元分析這塊,該選哪一款軟體?


ANSYS,ABAQUS,Hyperworks,Comsol……有限元軟體該學哪一個?

不管你是由於工作或者課題原因剛剛接觸有限元模擬,還是已經學過幾年有限元,但學的是經典的ANSYS APDL,在面對實際的工程問題的時候,都需要選擇一款現代的有限元模擬軟體。市面上通用有限元模擬軟體那麼多,有ANSYS Workbench,ABAQUS,Hyperworks,Comsol……眼花繚亂,好像每一個都很強大。

圖來自-ANSYS官方網站 每一款有限元軟體都宣傳自己功能強大

該學哪一個軟體?從哪款軟體開始瞭解有限元比較好?學了這個軟體,它能不能滿足我的模擬需求,以後工作是不是能用得上?

先抖個機靈,用哪個軟體主要取決於公司買了哪個軟體的正版。買了誰就用誰。或者團隊在用哪個軟體,你跟著學就完事了。

但大多數情況下,你懂的,由於一些原因,可能這個項目就你一個人分析,你也並沒有特殊傾向於哪一款軟體。這種時候,可以發揮一下極客精神,像選電腦、選手機一樣,先大致瞭解對比一下市面上的幾款主流的有限元軟體,再投入時間和精力去學習,也許會走的更堅定一點。

這篇回答,我試著從不同角度,比較一下我所瞭解的幾款有限元軟體,聊聊它們的區別,和各自的優劣。


從安裝包和學習資料的獲取難度上,我主要比較四家的軟體:ANSYS Workbench,ABAQUS,Hyperworks和Comsol。在比較之前,讓我們先大致來瞭解一下它們:

簡單瞭解一下,江湖上有限元軟體主要就是幾大巨頭:

  1. 「宇宙大廠」 ANSYS,產品包括經典的APDL,Workbench,還有面向設計工程師的Discovery系列(Live、AIM等);
  2. 達索的SIMULIA Suite,主要就是ABAQUS,套件裏還包括有拓撲優化軟體Tosca,參數優化及模擬自動化軟體Isight,和疲勞分析軟體FE-safe;
  3. Altair,拳頭產品是專業前處理軟體Hypermesh。它家也有一套「全家桶」Hyperworks,包括求解器optistruct和radioss,2019年更新的界面Hyperworks X,還有面向設計師的inspire studio;
  4. Comsol,這是從MATLAB脫胎出來的,一款偏數學的有限元模擬軟體。過去默默無聞,但最近幾年國內推廣做的很好,幫助文檔和官方案例庫很多都有中文,疫情期間放出了很多教學視頻,錄得也是非常全面;
  5. 還有幾大巨頭,包括最早的MSC,西門子,ESI等等,這些筆者暫時不太瞭解,就不提了。

先說結論:

常見的力學分析——ANSYS Workbench;

多物理場耦合分析——可選Comsol;

要自己編程實現一些功能,或打算做強非線性分析——ABAQUS;

模型複雜,或者想做優化——Hyperworks。

想找有限元模擬相關工作——ANSYS Workbench

想去航天、船舶等領域——ABAQUS

想去車企相關——Hyperworks

想學習有限元和用多物理場相關理論搞科研——Comsol的官方教程和案例庫歡迎你

這裡補充一下:我上面說的行業並不準確。秦仲子 的回答強調了在同一行業內不同分析領域有不同的軟體。比如碰撞常用LS-Dyna,流體風阻還有STAR-CCM+,電機常用ANSYS Workbench等。評論區也有提到關於ANSA和MSC的。

這些軟體中,我想大多數人在高校裏學到的有限元課上老師講的用的都是ANSYS經典界面APDL,圖書館能借到的五年以前的教材大多數也是它。(也許最近幾年有些年輕老師會講別的?比如Altair和ANSYS搞的教育部合作育人計劃)

ANSYS APDL的界面復古,操作繁瑣,左面的菜單欄中沒有模型樹,甚至2020版本了官方也不給它一個撤銷鍵。當然它非常接近底層實現,用它來學習有限元還可以,但工程應用的話……除非你確認自己需要使用APDL中的某些功能,否則還是不要為難自己比較好。

ANSYS APDL的界面。從內到外透著一股win95的氣質

Discovery系列是ANSYS在2018年船新推出的面向設計師的模擬軟體系列。包括實時模擬軟體Discovery Live,還把之前推出的傻瓜化模擬軟體AIM也包含進去了。

這個套件我也試著玩過,AIM的殼應該是用的Iron Python,處理速度略慢。界面倒是非常容易上手,而且還有中文。Live相比模擬軟體更像是個做動畫的玩具,直接把模擬整合進了設計流程中。但目前來看,ANSYS家的主流還要看Workbench。

Discovery AIM的界面。有中文,各種模擬流程還有詳細的引導。但運行速度慢,可選功能不是很全面。目前版本上限不高。但也許三五個版本以後會像當初Workbench一樣崛起?

與Discovery類似的還有Altair的Inspire系列,也是面向設計師的結構優化和模擬軟體,上手容易,上限也不高,沒有特別多的高級功能。當然達索家Solidworks以及一眾CAD三維設計軟體也早就都有了最基礎的模擬功能。

它們的一大好處是界面是真的漂亮,AIM後處理畫出的雲圖甚至帶高光,色彩飽和度很高。初學者學習有限元,看到五顏六色的結果雲圖就覺得開心。但對於要嚴肅學習有限元模擬的同學來說,你理應有更高的追求。

如果你只是拿有限元模擬來做一個再簡單不過的本科畢設,那真的推薦你用AIM或者inspire來弄,相信我,都不用教程,開箱即用很爽的。甚至你還可以試試無網格模擬軟體SimSolid,不過那個已經不是有限元了


在這些玩具之外,Workbench,ABAQUS,Hyperworks和Comsol,它們都是功能全面、強大的專業有限元模擬軟體。

ANSYS Workbench經過多年的發展,已經能夠比較好的平衡專業性和易用性。尤其是2019R2版本的Mechanical發布了Ribbon風格的新界面,更是讓新用戶的上手難度進一步降低。只要你的問題屬於力學問題的範疇(包括但不限於靜力學、動力學、流體力學,傳熱等),你又不瞭解有限元想要入門的話,Workbench都是很好的選擇。

嚴格來說,Workbench是一個協調ANSYS自家多種軟體,實現數據完美交換的統一平臺,ANSYS自家及收購的各種軟體都能在Workbench平臺上實現數據交換,從前處理到後處理全部流程都能在Workbench上跑通。它的靜力學模塊求解器仍然基於經典的APDL,提交任務時會在後臺生成一個APDL的輸入文件。整個Mechanical應用就是在APDL上面套了個殼。

ANSYS Workbench的Mechanical應用界面。換用Ribbon風格以後整體還是十分清爽的。

ABAQUS和ANSYS差不多,都是非常老牌的有限元模擬軟體。21世紀初在清華大學莊茁教授的支持下引入中國,在國內也有比較長的推廣歷史,教材也不少。在ANSYS還只有APDL界面的年代,ABAQUS以其(和APDL相比)更現代化的界面、強大的功能獲得了不少用戶的青睞。

很多軟體介紹中提到ABAQUS,都會說它是大型通用「非線性」有限元軟體。這主要是因為ABAQUS從演算法到本構模型上,對於力學中經典的三大非線性問題——結構、材料和條件非線性都有非常好的支持,非線性計算也很容易收斂。ABAQUS的顯式演算法也做的非常棒,Explicit求解器是ABAQUS的重要組成部分。

被達索收購以後,SIMULIA套件中還包含了其他幾個小弟,讓ABAQUS的功能更加完善。而且ABAQUS前後處理腳本語言用的是Python,求解核心則使用Fortran,完美兼顧了便捷與計算效率,而且很容易進行二次開發。關於ABAQUS子程序的教程網上也有很多。

ABAQUS每一代基本都有中文界面,很多術語的翻譯也都比較準確。這一點對於很多看英文頭疼的朋友們來說是個福音。

ABAQUS軟體界面,屬於win xp時代的風格,工具欄可移動,且界面支持中文。

Altair公司的Hyperworks,其中最著名的軟體自然是前處理工具Hypermesh。這個軟體說它是地表最強的前處理軟體之一毫不為過。(據說ANSA和這貨不分伯仲,但我沒玩過ANSA)

許多工程師喜歡用ABAQUS做模擬,但又苦於ABAQUS的前處理功能有限,所以會用Hypermesh來為ABAQUS畫網格。Hypermesh也非常開放,它支持非常多的求解器格式,可以替很多有限元求解器做網格劃分等前處理工作。但大勢所趨,各家軟體巨頭都在不斷的兼併收購,希望能把模擬的每一個流程都納入自己的商業版圖,Altair也不例外。所以Hyperworks其實是個非常龐大而完整的CAE模擬軟體體系,從分析到優化、從隱式到顯式,再到電磁、流體分析它都有涉及,還針對製造業很多具體的需求,比如跌落、衝壓、汽車的NVH分析等等場景定製了專屬的工具。

Hyperworks在2018版本以前,上手其實還是有一定難度的。尤其是它令初學者困惑的panel面板,常常讓人陷入選擇困難症。它的上限很高,操作熟練以後能極大提升工作效率,但學習起來比較痛苦。好消息是Altair也在2019年更新了類似Ribbon風格的新界面Hyperworks X,新界面圖標更大,新功能更人性化,操作效率更高,讓人一眼看上去就感興趣。

Hyperworks 2019 X的新界面,和Inspire風格一致,十分友好

至於Comsol Multiphysics,這個軟體脫胎於MATLAB的有限元工具箱。有限元法雖然最早是被力學工程師提出來的,但它實際上是個求解偏微分方程的數值方法。只要是偏微分方程,能夠化為弱形式,都可以用有限元來求得近似解。因此Comsol就是從數學角度出發的一款模擬軟體,從誕生之初就有著非常鮮明的數學氣質,而且從軟體底層邏輯上就在追求多物理場的耦合模擬。

作為一個後來者,想要獲取更高的市場份額是很困難的事。像ANSYS的APDL界面那麼難用,至今還有數量眾多的忠實用戶。所以Comsol為了推廣也是拼了。它有專業的團隊,不僅界面支持中文,求解器的輸出提示是中文,甚至還把大部分幫助文檔和許多的技術博客都譯成了中文。而且自帶大量的案例庫,把過去幾十年裏科學家和工程師們用MATLAB計算的模擬案例都收歸官方。你如果想要學習Comsol,它官方提供的教程比很多其他軟體的第三方教程還要豐富和詳細,唾手可得。

它的一大特色——對一些用戶來說也許是個缺點——就是它非常數學化。不管是物理場的控制方程還是邊界條件,都會明明白白的寫在軟體界面上。除了Comsol,你很難找到一款軟體會把固體力學的平衡方程、傳熱方程和流體力學的N-S方程及邊界條件給你擺在臉上的。所以很多用Comsol做模擬的論文也特別喜歡強調這個問題用到的控制方程組。

這一點對於學霸來說自然是非常喜歡,但對於很多半路出家的工程師和數學功底沒那麼好的同學來說無疑是個噩夢。那個倒三角的nabla符號,向量點積和偏微分明晃晃的放在界面上,總容易讓人回憶起大學時代一些不(mei)堪(xue)回(ming)首(bai)的課程。

Comsol Multiphysics 的界面。支持中文,功能強大,尤其擅長多物理場耦合模擬。對數學水平要求較高。


講完了基本信息,接下來,我們從學習資料、上手難度和適用的範圍討論一下四套軟體的特點。

1. 學習資料的獲取

把這個放在第一位,是因為不管軟體的功能是不是強大,你首先得能學會才能用好。這四款軟體的學習資料都非常豐富,但它們大致還是呈現不同的風格。得不到的永遠在騷動,被偏愛的都有恃無恐。ANSYS因為進入中國市場最早,所以民間的教程書籍和網路上的學習資料都是最豐富的。也因為用戶基數大,所以你如果遇到問題在網上提問,得到解答的概率也比較大。但可能正因為如此,ANSYS的教程大多數都來自獨立的第三方。這些教程的發布者都是業界的大佬,很多人自己就能靠發教程獲取一定的收入或是聲望。也有許多前輩將自己辛苦錄製的教學視頻免費或者低價放在網上供大家學習。

ANSYS和Workbench的教程書籍資料也非常豐富

ANSYS的官方代理商比如安世亞太每年也會翻譯並推送軟體的更新日誌。官方文檔裏的案例模型大多數都是APDL的命令流,官方的模型和教程也有,在一些公眾號裏能找到許多資料。

ABAQUS的教程數量和質量都僅次於ANSYS,也是非常豐富。著名的書籍包括早期曹金鳳、石亦平兩位博士的《ABAQUS有限元分析實例詳解》,還有江丙雲博士於2018年主編出版的《ABAQUS分析之美》等等,不一而足。還有一位神人王鷹宇先生,以大毅力大宏願在業餘時間翻譯了全套ABAQUS官方的幫助文檔,出版成書,實在令人敬佩。還有USim公眾號的鄧工,此乃一奇人,把ABAQUS用成了大型動畫製作軟體

但達索官方提供的教程筆者在網上沒找到太多。也許只有付費的大公司用戶能夠獲得內部定製培訓的機會。

ABAQUS分析用戶手冊,幫助文檔的非官方譯本。不禁讓人感嘆作者無私奉獻之精神。王鷹宇先生真的是用生命詮釋了自己名字中的「英語」二字

當然ABAQUS幫助文檔裏也有不少案例模型文件,但它的幫助文檔,筆者個人覺得閱讀體驗不是特別的好。Altair和Comsol兩家公司則恰恰相反。或許是推廣策略,它們兩家的教程都以官方為主,體系更加完善,質量也更高一些。Altair在2019年把百度雲盤更換成了企業網盤,每年的培訓資料和各種書籍、論文都能在網盤裡找到。而且官方的技術支持工程師還把教程視頻發到了B站,對於學習者來說非常的友好。Altair網盤裡有一本《有限元模擬實踐原理-學生參考書》,更是理論聯繫實踐,寫的深入淺出,是一本不可多得的既講有限元理論又講工程實踐經驗和軟體操作的入門教材。Altair的軟體幫助文檔寫的是圖文並茂,還可以交互,真的不錯。而且官方案例庫裏的模型,每一個教程都寫得很詳細,很適合自學。

Hypermesh 2019的幫助文檔,看起來就十分清爽。內部排版也很舒服。

Comsol更進一步,官方逼死同人,軟體菜單裏直接自帶案例庫。案例庫裏每一個案例每一步操作都給你寫出來,而且許多都帶有中文翻譯。你想做什麼類型,哪些物理場的模擬,幾乎都可以先到案例庫裏找一找有沒有類似的。另外Comsol的官方網站上,有一個多物理場模擬百科,用來快速入門學習有限元模擬和多物理場理論是很不錯的。前面提到過,Comsol把很多官方的技術博客和部分在線幫助文檔都翻譯成了中文,對中國的學習者來說非常友好。

其實四個軟體的學習資料相對都非常豐富,比其他小眾模擬軟體還是強了太多。記得筆者試著學Isight的時候,那市面上能找到的教材叫一個少,只有樹西前輩多年前出版的一本薄薄的書。最後還是啃著幫助文檔學下來的。雖然說理論上講軟體有幫助文檔就能入門,但是使用的人多,教程豐富還是會極大降低學習的難度。


2. 上手難度

講完了學習資料,我們就可以講上手的難度了。在筆者看來,一款優秀的軟體,要能夠很好的平衡「上手容易」和「功能強大」這兩個訴求。在上手難度方面,按我個人的看法排序是ANSYS Workbench&> Comsol &> ABAQUS &> Hyperworks。接下來仔細講講為什麼這麼排。

首先我感覺上手最簡單的是Workbench。因為用Workbench的話,丟一個靜力學分析項目進去,默認的材料結構鋼就放在那裡,每一步的操作也直觀的擺在上面,用戶只需要按部就班的定義材料、畫幾何、網格、邊界條件,然後點擊求解即可。Workbench為用戶設置了大量的默認選項,還自帶完善的幾何導入介面。初級用戶幾乎只需要導入模型,用默認設置劃分網格然後點幾下設置邊界條件,就可以一鍵求解出結果(管它結果合不合理呢)。如果導入的是裝配體,Workbench還能自動給你添加綁定接觸。至於一些稍微高級一點的設置和複雜的操作,比如修改單元類型和實常數、定義載荷步、網格劃分方式等等,Workbench也都有辦法實現,但作為初學者完全不需要考慮這些,你很快就可以得到漂亮的應力雲圖。雲圖誰不喜歡呢,這種迅速的即時反饋,最大程度上避免了勸退初學者。當然,工程上這樣得到的分析結果往往都是錯誤的。一次成功的有限元分析,必須要對材料、載荷、邊界條件、接觸關係和網格等各種因素進行審慎考量,還要對幾何進行適當的簡化。但這些對於入門用戶來說,都可以往後推一推。

排第二的就是Comsol了。把Comsol排在第二位,主要是因為它支持中文界面和Ribbon排列的菜單欄,以及它自帶的案例庫。其實很多用戶包括我一開始都覺得Comsol挺難學的,因為它把偏微分方程寫在界面上,很多工程師用戶脫離學校太久,某個物理場對應的控制方程只有模糊的印象,甚至可能上學的時候沒學過這門課,一看到方程裏一臉的倒三角nabla符號和偏微分、向量點積就害怕。但其實稍微深入瞭解一下就會發現Comsol真的是很人性化,它把控制方程和邊界條件都寫出來,對於稍有一點微分方程基礎的用戶來說,能夠很清楚直觀的理解這個邊界條件代表的含義,而不用去翻看幫助文檔查看它們的區別。而且Comsol和ANSYS Workbench一樣,都自帶了豐富的材料庫。如果你只想做初級的模擬,你也可以導入幾何然後自動進行網格劃分,簡單幾步就可以求解。

另外,Workbench具備比較完善的參數化功能,Comsol自帶了參數掃描功能,這些都能幫助用戶完成一些基本的批量求解操作。

ABAQUS和Hyperworks排在第三第四位,主要是因為想用它們完成一次Hello World級別的有限元分析,需要的操作可能要比前面兩款軟體更多一些。ABAQUS的界面裏有很多選項,初學者很難逐一去了解它們的含義。雖然許多情況下ABAQUS也只需要用默認設置即可完成分析,但在選擇分析步、選擇單元和定義材料等操作的時候,小白用戶還是能從豐富的菜單項中窺見ABAQUS的強大。ABAQUS的界面可以使用Python進行二次開發,核心求解器也可以嵌入FORTRAN語言的子程序。如果想要用ABAQUS做參數化的話,可以用Python實現,或者結合使用SIMULIA套件裏的Isight工具。但總是不如Workbench和Comsol用起來那樣簡便。

最後是Hypermesh,由於它更多的被作為專業的前處理網格劃分工具,因此很多網路培訓裏上來不是帶你做一次分析,而是從劃分網格講起。Hypermesh的學習者可能看了好幾小時的視頻還是不能自己做出來一個簡單的模擬案例。而且Hyperworks自帶的結構求解器OptiStruct的輸入文件是基於和Nastran很相似的卡片格式,用Hypermesh提交求解的時候,很多求解器選項都沒有很好的圖形界面,需要在一堆卡片裏選擇。而Hypermesh的老界面動不動就給你一大堆的選項,那些按鈕讀完一遍都費勁,新人看著更是容易眼花繚亂不知所措。

Hypermesh老界面的surface選擇菜單,一共28個按鈕,都是用來選面的,初學者很容易懵圈

3. 適用範圍

其實,一款軟體的調性、上手難度等是和它們的目標用戶有一定關係的。例如Workbench的目標用戶就是工程師,它最初的設計目的就是為了給各個行業需要使用模擬工具的工程師們一款比APDL用起來更簡單、更直觀和貼近物理實際的有限元軟體,因此Workbench的設計和選項處處傾向於工程實際,而不會過多的強調哪裡用到了哪些有限元技術。不像APDL,打開第一件事是選擇單元類型。而ABAQUS作為大型高端非線性模擬軟體,其賣點之一就是材料本構模型豐富,非線性求解能力強,其用戶多為航天院所和科研機構,相比上手難度來說,它可能更關注熟練用戶能用它做些什麼。

——因此,如果你是做簡單的結構模擬,那麼ANSYS Workbench絕對讓你無痛上手,逐漸從入門到精通。而如果你需要用到比較多的非線性功能,例如較多的接觸、橡膠或其他非線性的材料,你也可以考慮ABAQUS。這兩者如今在絕大多數結構模擬問題上都做得非常好。要不怎麼叫「大型通用有限元軟體」呢。基本上你需要的功能,只有你不會用,少有它們做不了的。真遇到了ANSYS和ABAQUS做不了的模擬,要麼是複雜的耦合問題,要麼就像建築設計院遇到的超高建築鋼結構非線性模擬需求一樣,他們的需求ABAQUS滿足不了,和原廠溝通未果結果自己搗鼓出來一個軟體叫SAUSAGE,專門用來做超限建築結構的非線性分析。

對於Comsol來說,它脫胎於MATLAB,它的用戶更多來自高等院校、科研院所,而且由於它強調多物理場模擬,很多Comsol的用戶可能來自化工、電子、熱能、物理等理工科專業。這些用戶大多系統學習過自己專業的專業課,瞭解對應的控制方程,但之前可能從未接觸過有限元。因此Comsol在軟體層面上更多的把有限元法作為一種求解偏微分方程的數值演算法,引導用戶去關注自己的控制方程是什麼,多物理場耦合的機制是什麼,如果用戶不知道從何下手,就從案例庫裏找一個案例開始學習。

而Hyperworks,我想大多數使用者還是用Hypermesh來劃分高質量的網格,劃分好的網格也可以輸出給ANSYS和ABAQUS求解。或者是用它做結構拓撲優化分析的。如果你的模型比較複雜,幾何缺陷比較多或者你的分析對網格質量要求比較高,那麼Hyperworks幾乎是你唯一的選擇(當然你還可以選擇ANSA,這也是一款專業的前處理軟體)。《ABAQUS分析之美》教材裏就有用Hypermesh劃分網格導入ABAQUS做分析的案例。


最後,其實無論是ANSYS,ABAQUS、Comsol,還是Hyperworks自帶的Optistruct求解器,商業軟體對於基本問題的計算精度都不需要質疑。NAFEMS有一套標準有限元考題,這些軟體都通過了「考試」,並且許多軟體還會把一些NAFEMS的考題放在幫助文檔裏。也許對於大部分的模擬需求來說,這四套軟體任意一款都能滿足。區別只在於上手的難度和操作的簡便性而已。


想在模擬行業討飯喫,這些軟體遲早都得學。

結構和固體力學領域,專業程度最高的是abaqus,極其專業,它的手冊論專業性而言可以爆掉幾乎國內所有高校的所有力學課程和所有中文教科書,英文教材其實也沒幾個能達到abaqus手冊的水平的,我也算寫過不少求解器代碼了,abaqus的手冊幾乎是每天都會打開閱讀的。而且即使是它的案例手冊,每次看了都覺得自己真是遠遠比不上寫這手冊的人的嚴謹性,更不用說其理論手冊和分析手冊了。

當然它家手冊還是有一定難度的,基本上得精通有限元基礎後再當做進階教程閱讀比較合適,總之abaqus是非常適合想要比較深入理解力學和有限元原理的工程師學習的。

總得來說abaqus側重結構,包括非線性超強的standard和explicit,而且它的python腳本系統和子程序特別支持比較深入的研究型工程應用。

ansys大而全,流體fluent,電磁ansoft maxwell和HFSS,結構apdl,以及workbench平臺,基本上每個方向都是拔尖的,apdl語言也很有特色。

comsol並不適合做工程,一般用來做研究發文章,但它的多學科方面是其中最廣的。需要注意的是comsol的結構力學功能非常有限,很多benchmark案例都會算錯或者無法收斂,比如NAFEMS的3DNLG-1,作為梁和殼的幾何非線性的第一個標準測試,comsol都無法收斂。此外還有諸如文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/107046577中的標準測試模型,comsol給出的結果也是錯誤的,相同情況還包括例如文章https://zhuanlan.zhihu.com/p/103430702中的大多數標準測試問題comsol均無法收斂或者結果錯誤,說明其結構功能遠弱於abaqus和anays等老牌模擬軟體。

Hypermesh或者Ansa,作為模擬工程師基本上是必須學的,這兩個是目前最高效的前處理軟體了,而且肯定會是做工程中除建模軟體外佔用工作時間最多的軟體,雖然我只能算半個模擬工程師,這一點只是個人感受。作為模擬工程師,最重要的是知識積累和經驗固化以及抽象問題的能力,軟體只是工具,不要排斥工具,有什麼就用什麼,需要什麼就學什麼,而且工程做多了後學這些應該非常快。

最後按慣例放幾個我們軟體(Simdroid)的視頻:

Simdroid4.0擠壓成型,加密網格後lanjieying的視頻 · 6276 播放Simdroid4.0運動耦合演算法,滑動副轉動副和剛體約束lanjieying的視頻 · 1384 播放Simdroid 4.0 實體的扭轉lanjieying的視頻 · 1024 播放Simdroid 4.0 殼的扭轉lanjieying的視頻 · 481 播放Simdroid軟體計算梁和實體的變形lanjieying的視頻 · 274 播放Simdroid v3.1版本的TMQ和TMT單元lanjieying的視頻 · 578 播放Simdroid有限元,幾何大變形和接觸lanjieying的視頻 · 1406 播放Simdroid接觸演算法持續優化中lanjieying的視頻 · 728 播放

Simdroid是一款國產非線性有限元和有限體積模擬軟體,包括結構、電磁、流體、熱四大物理場,由北京雲道智造科技有限公司研發。

最後放上我的專欄:

https://www.zhihu.com/column/c_1158099726292336640?

www.zhihu.com圖標

不定期更新Simdroid軟體測試案例和教程。


軟體畢竟只是工具,你列出來的這幾家都是大廠,質量、精度、穩定性方面都是有保障的。但是各家軟體自身的開發方向其實是有差異的,這個就決定了不同軟體在不同的領域各有優勢。

所以應該根據你的問題去選擇,這樣,軟體自帶的解決方案比較全面,學習資料豐富,另外廠家來自於客戶端積累的工程經驗也豐富,專業人員的技術水平也高,可以避免走很多彎路。

所以答案是:適合你的纔是最好的。

最後說一下 COMSOL 和 Matlab 不是一類軟體,COMSOL從原理上來說與Ansys, Abaqus一樣是基於有限元方法求解工程問題的軟體工具!!!


大致溜了一下前面人的回答,一個感覺就是多數人的經驗可能不足以給出一個結論性的答案,畢竟這些軟體供應商打了幾十年也沒出個結果,各大軟體用戶也沒弔死在一棵歪脖樹上,所以要給結論的話就是都差不多。

實際上有限元技術從2000年之後就已經處於瓶頸期了,因此除了一些戰略上的差異,比方說有些公司不做CFD,有些不做電磁,只要是做的方向,大家的技術差異其實非常小。因為在沒什麼可開發的時候,最先想到的就是別人有我沒有的東西,而且這裡面沒有技術門檻,都是很成熟的方法。

要選擇的話,我覺得主要是根據自己單位或學校的條件,把一個學好。因為從一個跳到另一個其實還是很容易的,只要你的底子夠厚。說根據條件是因為盡量要使用正版軟體。我知道在有些非正版的軟體中會出現一些意外的IT類報錯和GUI退出,不要把軟體公司的QA當傻子,有這類問題當然是不會release的。

真要對比的話,hyperworks我不會太推薦,原因有二。一個是網格已經越來越不是個問題,這是技術趨勢決定的,所以練就一手分網絕技的價值一定會一天不如一天。從核心求解器上,Altair的兩款求解器在業內都屬於低配款,他們在這方面的開發力量也確實有限,因此不適合深挖。當然從短期速成找份工作的角度,hyperworks是沒有問題的。

另外要推薦的一個是Comsol的文檔。因為它會讓你回歸到一個解偏微分方程這個根本問題上。現在很多人用軟體好幾年都搞不清自己在算什麼。別人說怎麼做,自己跟著比劃兩遍比劃成熟手而已。在我看來統稱為抄作業。要分析一個問題如何建模,首先要把都需要求解哪些方程列一列,然後再到工具裏看看它求的是什麼方程,是不是一回事。不要看見多孔材料就去解Darcy定律。

最後一個考慮因素的廠商的開發能力,這些大廠都沒問題,有些小廠幾年不能更新一個版本,不推薦太深入。


@畢小喵 畢姥爺的答案已經說的很全面了。作為這幾個軟體都嘗試過的人來說,如果只是FEM的話。

Abaqus守序善良,對數學不太好和力學不太好的友善度很好,相比Ansys對商業軟體恐懼症患者的友善度也很好,而且介面比較多可以用python寫(沒用過,不保證準確性……

Comsol是混亂善良,不適合數學公式恐懼症患者,很多操作從matlab繼承而來,而且有(也只有)和matlab的介面,適合長期使用matlab的患者,主打多場耦合,如果只是純FEM的話,其實可以但沒必要。

Ansys是守序邪惡,看起來人畜無害,實則坑多(我被大三的大作業坑到懷疑人生以後誰讓我用Ansys我咬誰,甲方爸爸也不可以!)

Hyperworks屬於混亂中立。Hyperworks裡面瞭解過的是Hypermesh和Optstruct。前者是不得不說畫網格裡面的佼佼者,後者感覺也是為數不多優化被推廣的商業軟體,O是基於SIMP法所以相對比較成熟,但是FEM計算的準確性沒有考證過(不過坑爹的是有一次我一個同學用H算FEM和A算的結果差很多,結果證明A比較準……)

插一句,之前和一個機械的同學聊天,他眼裡FEM約等於這些商業軟體,但實際上FEM是微分方程近似求解的方法,即使沒有這些軟體,也不影響FEM的存在唯一性。我記得一個老師說,怎麼體現力學出身的學生和機械土木出身的學生的差別,其中一個點是,對於商業軟體,力學的學生應該能夠憑藉自己的專業素養,評估商業軟體算出來結果的準確性,選取更合適的模型,參數,簡化方法等。這些纔是力學專業學生的核心競爭力(之一)。


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