ABAQUS有限元发展趋势
有限元的发展历史和趋势
有限元的发展历史和趋势
一、发展历史
1、古代初期
从古代存在已久的古典有限元法源于单元方程理论，其发展溯源可见其有权威。
已有古典有限元技术，曾经是一个古典概率分析方法，并在一系列经典课本中展现出来，如古典电磁学、经典水力学等。
其在结构力学及电磁学等科学领域的应用，极大地推进了科研发展。
2、20世纪初
在20世纪初，有许多科学家把它应用于结构力学及建筑结构设计等方面，如J.H.Argyris在1918年提出的形式框架有限元法，C. Taylor 於1926年提出基于单元分析的结构有限元法，R. Clough在1960年发明的有限元法等。
在此时期，有许多研究者为改善古典有限元技术而努力，提出了许多新的有限元理论，如Galerkin形式有限元法，Ritz形式有限元法，Rayleigh-Ritz有限元法，几何与元素相结合的有限元法等。
3、20世纪60年代
在20世纪60年代，美国工程师B. A. Szabo首先把有限元法用于电磁场的研究，他在1963年出版了第一本专门介绍有限元法的著作《有限元法在电磁场理论中的应用》，在此后又出版了《有限元法的数学原理》（1969年）、《有限元法及其应用》（1972年）等。
20世纪70年代，许多科学家又着手开发新的有限元技术，从而把有限元法应用到各种工程。
有限元分析系统的发展现状与展望
有限元分析系统的发展现状与展望
一、简介
有限元分析是一种应用于结构分析和设计的计算机化方法，它是利用
变分原理计算工程结构的有限元分析程序。
它是结构设计的一种重要手段，在结构设计中，它可以帮助工程师更好地了解受力状况，更好地优化设计。
在结构分析过程中，有限元分析可以精确地模拟出复杂的结构问题，并有
效地估算出结构的受力性能。
本文将从发展现状和展望两方面对有限元分
析系统进行详细介绍。
二、发展现状
1、算法及程序的发展。
有限元分析的主要发展方向之一就是算法和
程序的发展。
在这方面，目前发展非常迅速，具有显著的改进。
例如，在
有限元分析算法方面，目前已经发展出了各种适用于不同工程问题的算法，如结构本构分析算法、局部应变算法、有限元空间算法等。
在有限元分析
程序方面，目前已经开发出稳定可靠、功能强大的程序，以解决复杂结构
分析问题。
2、计算机硬件的发展。
在近年来，计算机硬件得到了极大的发展，
大大提高了计算速度和计算精度。
在有限元分析中，计算机硬件的发展对
数值解决复杂工程问题具有重要意义，在解决实际工程问题方面带来了重
大改进。
有限元方法在应用数学中的发展趋势是什么
有限元方法在应用数学中的发展趋势是什么有限元方法作为应用数学中的一个重要工具，在解决各种实际问题方面发挥着关键作用。
随着科学技术的不断进步和应用需求的日益复杂，有限元方法也在不断发展和演变。
在过去的几十年里，有限元方法已经取得了显著的成就。
它成功地应用于结构力学、流体力学、电磁学等众多领域，为工程设计和科学研究提供了准确而可靠的数值解。
然而，时代在发展，新的挑战和需求不断涌现，这也促使有限元方法朝着更先进、更高效、更精确的方向迈进。
一方面，随着计算机技术的飞速发展，计算能力得到了极大的提升。
这使得有限元方法能够处理更加大规模和复杂的问题。
以往由于计算资源的限制，一些复杂的三维模型或者多物理场耦合问题可能难以进行精确模拟。
如今，高性能计算的出现为有限元方法打开了新的大门，使其能够在更短的时间内获得更精细的结果。
同时，多物理场耦合问题的研究成为了有限元方法发展的一个重要方向。
在许多实际应用中，物理现象往往不是单一的，而是涉及多个物理场的相互作用。
例如，在能源领域，电池的性能不仅取决于电化学过程，还受到热传递和力学变形的影响。
有限元方法需要能够有效地处理这些多物理场耦合问题，以提供更全面和准确的模拟结果。
在精度方面，有限元方法也在不断改进。
传统的有限元方法在处理某些问题时可能会出现精度不足的情况，特别是对于具有奇异性或者复杂边界条件的问题。
为了提高精度，新的数值算法和单元类型不断被提出。
例如，自适应有限元方法能够根据问题的特点自动调整网格的疏密程度，从而在保证计算效率的前提下提高精度。
另外，有限元方法与其他数值方法的结合也成为了一个趋势。
例如，有限元方法与边界元方法的结合，可以更好地处理无界区域的问题；与蒙特卡罗方法的结合，可以用于处理不确定性和随机性问题。
这种结合能够充分发挥不同方法的优势，为解决复杂问题提供更强大的手段。
在模型的建立和优化方面，有限元方法也面临着新的挑战和机遇。
随着人工智能和机器学习技术的发展，如何利用这些技术来自动建立有限元模型、优化模型参数，成为了研究的热点。
abaqus c3d8p单元类型
Abaqus软件是一款广泛应用于工程实践中的有限元分析软件，因其强大的功能和稳定的性能而备受工程师和研究人员的青睐。
在Abaqus中，有许多不同的单元类型可供用户选择，每种单元类型都有其特定的适用范围和优缺点。
其中，c3d8p单元类型是Abaqus中常用的一种典型的八节点有限元单元类型，本文将对其进行详细介绍。
1. c3d8p单元类型概述c3d8p单元是Abaqus中的八节点有限元单元类型，它具有平行六面体的形状，适用于对复杂的结构进行分析。
该单元类型在模拟物体的各向同性材料时表现出色，能够准确地描述结构的应力、应变和变形等力学特性。
2. c3d8p单元类型的特点（1）高精度：c3d8p单元类型具有八个节点，可以更准确地刻画结构的变形情况，提高了分析的精度和准确度。
（2）适用范围广：该单元类型适用于各种各样的结构分析，包括金属结构、混凝土结构和复合材料等。
（3）对称性好：c3d8p单元类型具有较好的对称性，可以在分析中减小误差，保证分析结果的准确性。
3. c3d8p单元类型的应用场景c3d8p单元类型广泛应用于工程领域的结构分析和设计中，包括但不限于：（1）航空航天领域：用于飞机、航天器等复杂结构的应力、疲劳和损伤分析。
（2）土木工程领域：用于桥梁、隧道等土木结构的承载能力和稳定性分析。
（3）机械制造领域：用于汽车、机器设备等的零部件强度和刚度分析。
（4）材料科学领域：用于纤维增强复合材料的强度和疲劳性能分析。
4. c3d8p单元类型的优缺点（1）优点：a. 高精度：能够准确描述结构的应力、应变和变形特性；b. 适用范围广：可用于各种结构的分析；c. 对称性好：分析结果更加准确。
（2）缺点：a. 计算成本高：由于节点数较多，计算成本较高；b. 不适用于屈曲分析：在一些特定情况下，c3d8p单元类型不适用于屈曲分析。
5. c3d8p单元类型的使用注意事项在使用c3d8p单元类型进行分析时，需要注意以下几点：（1）合理网格划分：合理的网格划分是保证分析精度和效率的关键，需要根据分析对象的实际情况进行网格划分。
有限元软件应用范围及发展趋势
有限元软件应用范围及发展趋势学号：姓名：学号：2009年10月有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。
有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。
有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。
经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。
有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。
20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法＋分片函数”，即有限元法是Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。
不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一。
对于不同物理性质和数学模型的问题，有限元求解法的基本步骤是相同的，只是具体公式推导和运算求解不同。
abaqus文献综述
ABAQUS与有限元分析文献综述在当前的工程技术领域中，越来越多的复杂结构需要去分析包括复杂的几何形状、复杂的载荷作用、复杂的支撑约束等在内的众多问题。
这些工程实际问题，由于复杂以至于很少甚至没有解析解，但是为了发展的需要仍然需要去分析研究。
有限元分析是工程技术领域进行科学计算的极为重要的方法之一，利用有限元可以获得几乎任意复杂工程结构的各种机械性信息。
有限元分析实现的最后载体是经过技术集成的有限元分析软件，在众多的有限元分析软件中，ABAQUS以其强大的的非线性分析功能和强大的建模功能等优点赢得了大型企业、科研机构和各大高校的青睐，已逐渐成为分析工程技术的首选软件。
[1]目前，ABAQUS已被广泛应用在航空、汽车、土木工程、数控[2]等众多领域。
一、有限元法简单介绍有限元法是20世纪60年代逐渐发展起来的对连续体力学和物理问题的一种新的数值求解方法，它是力学、计算方法和计算机技术相结合的产物，有着自己的理论基础和解题方法。
其一般做法是，对所要求解的力学或物理问题，通过有限元素的划分将连续体的无限自由度离散为有限自由度，然后基于变分原理或用其它方法将其归结为代数方程组求解。
有限元法不仅具有理论完整可靠，形式单纯、规范，精度和收敛性能得到保证等优点，而且可根据问题的性质构造适用的单元，从而具有比其它数值解法更广的适用范围。
[3]随着计算机技术的发展，它已成为涉及力学领域科学研究和工程技术不可或缺的工具。
对于工程技术人员来说，在求解工程技术领域的实际问题时，建立基本方程和边界条件相对容易，但是由于其几何形状，材料特性和外部载荷的不规则性，要求得解析解是很困难的。
有限元法把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元构成，其模型给出基本方程的分片近似解。
由于单元可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、材料特性和边界条件。
由于有限元法在解决工程技术问题时的灵活、快速及有效性，再加上它有成熟的大型软件系统支持，所以发展非常迅速。
有限元的发展历史现状及应用前景
有限元的发展历史现状及应用前景有限元方法是一种数值计算方法，主要用于求解连续介质的力学问题。
它通过将连续介质离散成有限数量的元素，并基于一定的数学方法和力学理论，将问题转化为求解代数方程组的问题。
有限元方法在解决复杂工程问题、优化设计和预测结构性能等方面具有广泛的应用。
有限元方法的历史可以追溯到19世纪末的工程力学中。
当时，许多工程问题的解决都要依赖于解析方法，但对于复杂的几何形状和边界条件来说，解析方法无法有效地求解。
1956年，美国工程师D.R. Courtney提出了有限元方法的一般形式。
此后，有限元方法得到了快速发展，成为计算力学领域的重要工具。
有限元方法的原理是将连续介质离散成有限数量的元素，如三角形单元或四边形单元，并将元素之间的关系用数学公式表达出来。
通过构建系统方程组，根据边界条件，可以求解出未知变量的数值解。
有限元方法通过近似处理和插值方法，能够在不同的几何形状和边界条件下求解力学问题。
有限元方法的应用非常广泛。
在工程领域中，有限元方法在结构力学、热传导、流体力学等方面得到了广泛应用。
在建筑工程中，有限元方法可以用于分析建筑结构的强度和刚度，评估结构的安全性。
在航空航天领域，有限元方法可以用于分析飞机部件的应力分布和疲劳寿命，优化结构设计。
在汽车工业中，有限元方法可用于分析汽车部件的刚度和强度，提高车辆的安全性和性能。
此外，在地震工程、电力工程、化工工程等领域，有限元方法也发挥着重要的作用。
未来，有限元方法的应用前景非常广阔。
随着计算机技术和数值算法的不断发展，有限元方法的计算效率将进一步提高，可以求解更加复杂和大规模的问题。
有限元方法在模拟和解决多物理场耦合问题方面也将得到更多的应用。
例如，结构-流体耦合问题、热-结构耦合问题等。
此外，随着材料科学和生物医学工程的发展，有限元方法还将应用于材料力学、生物力学等领域。
总之，有限元方法作为一种求解力学问题的数值计算方法，在工程领域具有重要的地位和广泛的应用。
Abaqus相关应用及发展趋势(综述)
Abaqus应用及发展趋势1 Abaqus简介随着计算机技术的发展，现代仿真软件迅速兴起，仿真分析在工程实践中占据着越来越重要的地位。
通过仿真软件模拟真实的材料属性和工作条件，计算得出最可能的结果，为实际生产提供重要的参考依据已为越来越多的相关工作者所接受。
ABAQUS软件是由法国达索SIMULIA公司开发的一款功能强大的数值仿真软件，可对复杂的结构系统进行力学和运动分析，尤其是可以处理复杂庞大问题及非线性问题[1]，ABAQUS 除了能对单一零件的力学和多物理场进行分析，还可以完成系统级的分析研究，能够模拟其他工程领域的很多问题，由于其强大的分析能力和复杂系统的模拟可靠性， Abaqus在各国的工业和研究中得到广泛的应用[2]。
2 研究现状Abaqus在诸多方面有着广泛的应用，例如：昌思[3]以深圳地铁某车辆段高陡岩质边坡为例，利用 ABAQUS 有限元分析软件，计算表明岩质边坡的破坏模式是沿着土石分界面发生滑动破坏的，边坡防护时应在土石界面处采取措施进行加固处理；蔡涛等[4]用 ABAQUS 数模软件，针对武汉某扩建项目基坑开挖问题，在放坡及护坡桩支护的条件下，进行基坑在开挖过程中边坡的应力、应变及稳定性分析，并进行了基坑隆起量以及荷载区沉降量的计算；吴凤元等[5]采用 ABAQUS 中的 Mohr-Coulomb 本构关系，并在开挖土体之前对其进行了地应力平衡,针对某双排桩支护进行了有限元的分析计算，分析了排桩支护结构水平位移以及地面沉降等计算结果的合理性，验证了 ABAQUS 在解决基坑开挖与双排桩支护问题的可行性；姜晶[6]运用 ABAQUS 有限元软件建立有限元模型，通过对建筑内部结合结构的形变情况进行反应谱分析，得到建筑结构模型的X向和Y向平动质量系数;王增辉等[7]基于 Abaqus-Isight 软件对飞机舱门密封件进行仿真分析和优化设计，同时校准了材料参数，，选取小应变常用的 Neo-Hookean 超弹性本构模型[8],提出了两种对飞机舱门密封件的优化设计方法，通过对比得到更优的密封件结构;胡烨之等[9]基于 ABAQUS 计算内核，采用 Python 计算机语言编写了二次开发程序，实现了人工边界处各节点的弹簧、阻尼器及等效节点荷载自动设置的功能，并具体阐述了程序编译流程和关键要素;李志敏等[10]基于 ABAQUS 分析软件，对某款塑料燃油箱系统进行了内压变形模拟，获得了燃油箱在内部压力下的变形量并考虑了变形量引起的失效风险[11-12];Abaqus Explicit等[13]采用ABAQUS作为数值求解器,分析了船体在不同载荷情况下的局部结构响应，包括变形、接触力和能量分布;Hemamathi A.等[14]采用ABAQUS对碾压混凝土梁的抗弯性能进行了数值研究；Sadeq Hajar等[15]使用Abaqus软件模拟了钢筋混凝土的直接牵引试验，试验表明钢筋混凝土结构比单独的混凝土结构具有更强的抗力，混凝土变形比钢筋混凝土变形更显著。
ABAQUS在制造行业的应用
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
13.3 Approximating Functions for TwoDimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
description of element displacement filed (单元位移场 的表达) u1 v 1 u 1 0 2 0 3 0 u2 v v 0 1 0 2 0 3 2 u3 v3
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
例如: 左图所示,为分析齿轮上一个齿内的应 力分布,可分析图中所示的一个平面截 面内位移分布.作为近似解,可以先求出 图中各三角形顶点的位移.这里的 三角形就是单元,其顶点就是节点。 从物理角度理解, 可把一个连续的齿形截面单元之间在节 点处以铰链相链接,由单元组合而成的结构近似代替原连续结 构,在一定的约束条件下,在给定的载荷作用下,就可以求出各 节点的位移,进而求出应力. 从数学角度理解, 把这个求解区域剖分成许多三角形子域, 子域内的位移可用相应各节点的待定位移合理插值来表示.
1 i i x i y i ( x, y ) 2 Ae
Lagrange interpolation functions (拉格朗日插值函数)
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
13.3 Approximating Functions for TwoDimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
Where:
i ( x, y )
有限元的发展历史和趋势
有限元的发展历史和趋势摘要1965年，“有限元”这个名词第一次在我国出现,到今天有限元在工程上得到广泛应用,经历了三十多年的发展历史,理论和算法都已经日趋完善。
有限元法(Finite Element Method,简写为FEM)是求解微分方程的一种非常有效的数值计算方法,用这种方法进行波动数值模拟受到越来越多的重视。
有限元法起源于固体力学,并逐步扩展到热传导、计算流体力学、电磁学等不同领域,已经成为数学物理中很重要的数值计算方法。
关键词有限元数值发展趋势前言有限元方法在数值计算方法中具有极为重要的地位，有限元方法在应用中不仅本身具有很大的潜力，而且，结合其它理论和方法还有广阔的发展前景。
1有限元的发展历程有限元法的发展历程可以分为提出(1943)、发展(1944一1960)和完善(1961-二十世纪九十年代)三个阶段。
有限元法是受内外动力的综合作用而产生的。
1943年，柯朗发表的数学论文《平衡和振动问题的变分解法》和阿格瑞斯在工程学中取得的重大突破标志着有限元法的诞生。
有限元法早期(1944一1960)发展阶段中，得出了有限元法的原始代数表达形式，开始了对单元划分、单元类型选择的研究，并且在解的收敛性研究上取得了很大突破。
1960年，克劳夫第一次提出了“有限元法”这个名称，标志着有限元法早期发展阶段的结束。
有限元法完善阶段(1961一二十世纪九十年代)的发展有国外和国内两条线索。
在国外的发展表现为: 第一，建立了严格的数学和工程学基础;第二，应用范围扩展到了结构力学以外的领域;第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论;第四，发展起了相应的商业软件包。
在国内，我国数学家冯康在特定的环境中独立于西方提出了有限元法。
1965年，他发表论文《基于变分原理的差分格式》，标志着有限元法在我国的诞生。
冯康的这篇文章不但提出了有限元法，而且初步发展了有限元法。
他得出了有限元法在特定条件下的表达式，独创了“冯氏大定理”并且初步证明了有限元法解的收敛性。
ABAQUS在材料力学教学中的应用展望
ABAQUS在材料力学教学中的应用展望摘要：本文对有限元软件ABAQUS在材料力学课程教学中的应用进行了分析，发现如果能很好地将ABAQUS与材料力学教学相结合，不仅可以将材料力学中抽象理论可视化，而且还能用于模拟材料力学实验，不仅可以激发学生学习力学的兴趣，还可增强学生对工程实际问题的感性认识，为其将来能更好地解决工程实际问题打下扎实的基础。
关键词：材料力学；ABAQUS；数值模拟一、前言随着高等教育教学改革的不断深入，传统的材料力学教学体系已暴露出许多不合理的地方，为了适应形势，国内许多工科院校都在材料力学课程体系、教学内容、教学方法等方面开展了卓有成效的研究。
当前，计算机技术和现代数值计算方法的发展给材料力学的发展和教育带来了深刻影响。
因而在材料力学的教学中，应当体现这种科技发展趋势，在原有的课程体系中融合新的计算技术，引进新的计算工具，从而提高教学质量，加强学生的建模和计算能力，拓宽学生的面，培养学生的创新思维。
为此，笔者对ABAQUS在材料力学教学中的应用进行了一些探索。
二、ABAQUS有限元技术简介随着计算机技术的快速发展，数值模拟软件得到了空前的发展。
目前比较常用的数值模拟软件是基于有限元原理的ABAQUS、ANSYS、MARC等，这些有限元软件具有强大的前处理及后处理功能，对于模拟基础力学中的实验非常有利，特别是大型通用有限元软件ABAQUS，它是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
ABAQUS包括一个丰富、可模拟任意几何形状的单元库，拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质分析。
有限元分析的发展趋势
有限元分析的发展趋势有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，通过将连续物体离散化为有限数量的单元，利用数值计算方法对这些单元进行求解，从而得到整个物体的力学行为。
有限元分析在工程领域得到广泛应用，可以用于摹拟和预测结构的应力、应变、挠度等物理特性，对于产品设计、优化和改进具有重要意义。
随着计算机技术的不断发展和硬件性能的提升，有限元分析在近几十年间取得了显著的发展。
以下是有限元分析的几个发展趋势：1. 多物理场耦合分析：传统的有限元分析主要关注结构的力学行为，而现在的趋势是将多个物理场耦合在一起进行分析，例如结构与热传导、电磁场、流体力学等的耦合分析。
这种耦合分析可以更加真实地摹拟实际工程问题，提高分析结果的准确性。
2. 多尺度分析：传统的有限元分析通常是基于宏观尺度进行建模和分析，而现在的趋势是将宏观尺度与微观尺度相结合，进行多尺度分析。
这种分析方法可以更好地研究材料的细观数学模型和微观结构对宏观性能的影响，为材料设计和优化提供更多的参考依据。
3. 优化设计与拓扑优化：有限元分析可以结合优化算法进行结构的优化设计，通过改变结构的形状、尺寸和材料等参数，使得结构在满足特定约束条件下具有更好的性能。
拓扑优化是一种特殊的优化方法，通过改变结构的拓扑结构，使得结构在满足约束条件的前提下具有最佳的性能。
优化设计和拓扑优化可以提高结构的强度、刚度和减重效果，减少材料和成本的消耗。
4. 高性能计算与云计算：有限元分析需要进行大量的计算和存储，传统的计算机往往无法满足分析的需求。
随着高性能计算技术的发展和云计算的兴起，有限元分析可以利用分布式计算和云计算平台进行大规模的并行计算，提高计算效率和分析能力。
5. 可视化与虚拟现实：有限元分析的结果通常以图表和数值的形式呈现，但对于非专业人士来说，这些结果往往难以理解和解释。
因此，可视化和虚拟现实技术在有限元分析中得到了广泛应用，可以将分析结果以图象、动画和虚拟模型的形式展示出来，使得用户能够更直观地理解和分析结果。
有限元的发展历史和趋势
有限元的发展历史和趋势
一、有限元发展历史
有限元法是近半个世纪以来最有影响力的数学模型，深受工程和科学研究领域的青睐。
它是由Clough和Tocher等科学家发明的，1969年在《工程力学》上发表，被称为“经典的有限元分析”，它改变了传统的工程和科学分析方法。
1960年到1980年，有限元分析的重要发展诞生了有限元方法的几个核心概念，包括分割变形有限元，多层有限元，映射有限元和局部有限元法。
其中，分离变形有限元可以处理分布力学和热力学问题，而多层有限元可以处理更复杂的非线性力学问题。
1980年至1990年，有限元分析研究取得了突破性进展。
此时，各种新的有限元分析程序组成的计算力学工具包得到了广泛的应用，例如MAST，SHEEPS，NASTRAN，ABAQUS等。
这些工具包给工程和科学研究领域带来了很大的便利，可以模拟各种复杂的力学问题，以解决工程设计和科学模拟中的实际问题。
1990年至2000年发展迅速，有限元分析有了长足的发展。
当时，工程应用有限元分析的主要领域是飞机工程，结构工程，机械工程，材料力学，能源工程和结构振动分析等。
其中，飞机结构工程是有限元法应用的一个比较重要的领域，从复杂的应变分析到精细的振。
2024年ABAQUS航空航天行业解决方案
ABAQUS支持大规模的并行计算，能 够大大提高仿真计算的效率，缩短产 品设计周期。
ABAQUS在航空航天行业的应
03
用案例
飞机结构强度分析
01
静强度分析
通过ABAQUS对飞机机身、机翼等关键部位进行静强度分析，预测结构
在静载荷下的应力、应变和位移分布，确保飞机结构的安全性和稳定性
2024年ABAQUS航 空航天行业解决方案
汇报人： 2024-01-28
目录
• 引言 • 航空航天行业现状及挑战 • ABAQUS在航空航天行业的应用
案例
目录
• ABAQUS航空航天行业解决方案 特点
• 实施步骤与技术支持 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
目的
为航空航天行业提供高效、精确的有 限元分析解决方案，以应对复杂工程 问题和挑战。ABA源自US航空航天行业解决方04
案特点
高精度建模与仿真技术
精细化的几何建模
支持复杂航空航天部件的精确建模，包括曲面、薄壁 等结构。
先进的网格划分技术
提供多种网格划分方法，确保分析精度和计算效率。
丰富的仿真功能
涵盖静力学、动力学、热力学、流体力学等多领域仿 真。
强大的材料库和自定义材料功能
全面的材料库
认证考试与证书颁发
持续教育与学习
设立认证考试机制，对参加培训的客户进 行考试评估，合格者颁发相应的认证证书 ，彰显其专业技能水平。
鼓励客户持续学习和掌握新知识，提供进阶 培训课程和在线学习资源，助力客户在航空 航天领域取得更大的成功。
06
总结与展望
项目成果总结
成功研发高效、精确的 航空航天结构分析算法 ，显著提高计算效率和 精度。
有限元分析的发展趋势
有限元分析的发展趋势摘要1965年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。
有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
关键词有限元分析结构计算结构设计近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：增加产品和工程的可靠性；在产品的设计阶段发现潜在的问题经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本缩短产品投向市场的时间模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费国际上早在60年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序，但真正的CAE 软件是诞生于70年代初期，而近15年则是CAE软件商品化的发展阶段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。
这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性﹑可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。
目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。
MSC-NASTRAN软件因为和NASA的特殊关系，在航空航天领域有着很高的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了PDA公司的PATRAN，又在以冲击、接触为特长的DYNA3D的基础上组织开发了DYTRAN。
有限元的发展现状与新趋势
一、有限元法基本思想有限元法的基本思想是将结构离散化，用有限个简单的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据平衡和变形协调条件综合求解。
由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法(FEM，Finite Element Method)。
有限单元方法是迄今为止最为有效的数值计算方法之一，它对科学与工程技术的提供巨大支撑。
二、有限元法的孕育过程及诞生和发展▪在17世纪，牛顿和莱布尼茨发明了积分法，证明了该运算具有整体对局部的可加性。
▪在18世纪，著名数学家高斯提出了加权余值法及线性代数方程组的解法。
另一位数学家Lagrange提出泛函分析。
泛函分析是将偏微分方程改写为积分表达式的另一途经。
▪在19世纪末及20世纪初，数学家瑞雷和里兹首先提出可对全定义域运用位移函数来表达其上的未知函数。
▪1915年，数学家伽辽金提出了选择位移函数中形函数的伽辽金法方法被广泛地用于有限元。
▪1943年，数学家库朗德第一次提出了可在定义域内分片地使用位移函数来表达其上的未知函数。
这实际上就是有限元的做法。
▪20世纪50年代，飞机设计师们发现无法用传统的力学方法分析飞机的应力、应变等问题。
波音公司的一个技术小组，首先将连续体的机翼离散为三角形板块的集合来进行应力分析，经过一番波折后获得成功。
(Clough教授参与研究。
)▪20世纪50年代，大型电子计算机投入了解算大型代数方程组的工作，这为实现有限元技术准备好了物质条件。
▪1960年，美国加州大学伯克利分校的R.W.Clough教授在论文中提出了“有限单元”，这样的名词。
值得骄傲的是我国南京大学冯康教授在此前后独立地在论文中提出了“有限单元”。
三、有限元法计算方法及软件有限元计算方法作为一种技术更多的与FEM软件的发展紧密的结合起来。
方法不断更新，优胜劣汰，传承和发展。
在传统有限元分析的数值计算方法之中，有直接计算法(DirectSolver)与迭代法(Iterative 所谓快速解法)两种。
有限元发展方向及重大进展
有限元发展方向及重大进展［作者：ChinaMaker 转贴自：本站原创点击数：526 更新时间：2004-9-17 文章录入：ChinaMaker ］减小字体增大字体国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。
其中最为著名的是由美国国家宇航局(NASA)在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。
该系统发展至今已有几十个版本,是目前世界上规模最大、功能最强的有限元分析系统。
从那时到现在,世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件,主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSM OS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。
当今国际上FEA方法和软件发展呈现出以下一些趋势特征:1. 从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来,逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析,实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。
而且从理论上也已经证明,只要用于离散求解对象的单元足够小,所得的解就可足够逼近于精确值。
所以近年来有限元方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算,最近又发展到求解几个交叉学科的问题。
例如当气流流过一个很高的铁塔时就会使铁塔产生变形,而塔的变形又反过来影响到气流的流动……这就需要用固体力学和流体动力学的有限元分析结果交叉迭代求解,即所谓"流固耦合"的问题。
2. 由求解线性工程问题进展到分析非线性问题随着科学技术的发展,线性理论已经远远不能满足设计的要求。
例如建筑行业中的高层建筑和大跨度悬索桥的出现,就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题;航天和动力工程的高温部件存在热变形和热应力,也要考虑材料的非线性问题;诸如塑料、橡胶和复合材料等各种新材料的出现,仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题,只有采用非线性有限元算法才能解决。
ABAQUS公司和软件介绍
ABAQUS软件公司和产品应用介绍一、ABAQUS软件公司的发展历程1972年，ABAQUS的首要创始人David Hibbitt在布朗大学完成了Ph.D.论文，论文的一部分为基于有限元方法的计算力学内容。
这期间，他和他的导师创建了一个公司，产品为他们开发的有限元软件MARC。
此后，ABAQUS的另外一个创始人Paul Sorensen也加入了MARC，但之后回到布朗大学继续攻读Ph.D学位。
ABAQUS的另外一个创始人Dr. Bengt Karlsson曾经是Control Data公司的分析工程师，由于工作的关系，他逐步对当时各种有限元程序加以熟悉并产生浓厚兴趣。
1976年，他从欧洲来到美国和Hibbitt一同在MARC工作。
作为MARC的总工程师，Hibbitt越发意识到工业界对有限元软件有一种强烈的需求，将会成为工程师的日常工具，逐步取代传统的实验做法，但这要求对现有的程序进行大幅度修改，使之能够处理更大规模的模型，计算的可靠性和精度更高。
他建议导师重写MARC的内核来适应工业领域的要求，但是他的导师当时不愿意进行这样的一笔投资。
1977年，Hibbitt离开MARC开始从头编写ABAQUS。
Karlsson很快加入了他。
之后，已经从布朗大学博士毕业正在通用汽车公司工作的Sorensen也加入了他们的行列。
Hibbitt, Karlsson & Sorensen, Inc., (HKS) 公司于1978年2月1日正式成立。
三个力学专家开始了一个强大工程分析工具的发展历程。
HKS的第一个客户是Westinghouse Hanford公司，它在华盛顿州从事核反应堆方面的开发工作。
Westinghouse Hanford需要进行复杂的分析，包括核燃料棒的接触、蠕变和松弛等问题。
ABAQUS可以进行温度相关的蠕变、塑性以及接触建模体现了其优势，很快ABAQUS在核工业领域小有名气。
ABAQUS早期的应用还包括石油、军工等其它领域。
ABAQUS 在航空制造有限元模拟中的应用
ABAQUS 在航空制造有限元模拟中的应用李宝亮1 引言加工成形是航空制造工业中一个重要领域，当前，航空制造业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。
采用ABAQUS进行仿真模拟的目的：1、节约开发成本；2、加快研发速度；3、提高产品质量。
ABAQUS还可以针对不同操作系统(Unix, Linux, Windows)进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。
以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，传统的设计流程如图1所示：图1 某型号汽车车门的传统设计流程其中，主要设计、加工成本如下：1、软质模具的设计和加工成本为20万美元；2、初期生产并修改模具的周期一般不低于12周；3、硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元；4、最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为8－9个月。
其中，硬质模具的设计费用包含在前期软质模具设计费用之中，后期只计算修改模具设计的费用。
采用ABAQUS进行数字仿真之后，设计流程如图2所示：图2 引入ABAQUS后某型号汽车车门的设计流程修改设计流程之后，主要设计、加工成本如下：1、软质模具的设计和加工成本为10万美元；2、初期生产并修改模具的周期缩短为4周；3、硬质模具的设计修改和加工成本为25万美元；4、最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为3.5－4个月。
仅车门的设计费用就节约了2/3，设计周期缩短为原来的1/3。
2 模拟加工成形过程的难点加工成形过程的数值模拟涉及到材料非线性、几何非线性和边界非线性的综合影响，直接计算的难度非常大。
从力学本质来看，很多的成形过程实际上可以简化为准静态的过程，对该过程的有限元模拟通常有两种方法：静力隐式方法和动力显式方法。
根据动力松弛法的原理，动力系统的稳态解和静力解是一致的。
本文所涉及的算例均采用显式动力学的方法，即ABAQUS/EXPLICIT求解器模块，对不同的加工成形过程进行了模拟。
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有限元分析的发展趋势1 有限元的发展历程有限元方法（FEM）的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。
有限元法的发展历程可以分为提出、发展和完善三个阶段。
有限元法是受内外动力的综合作用而产生的。
现代科学技术的发展，正在不断催生更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。
而这一切都要求在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。
分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响；分析计算核反应堆的温度场；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数。
这些问题的解析计算可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。
在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用主要表现在以下几个方面：（1）增加设计功能，减少设计成本；（2）缩短设计和分析的循环周期；（3）增加产品和工程的可靠性；（4）采用优化设计，降低材料的消耗或成本；（5）在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；（6）模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；（7）进行机械事故分析，查找事故原因。
目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。
2 有限元分析软件的比较2.1 LSTC公司的LS-DYNA系列软件LS-DYNA是一个通用显式非线性动力分析有限元程序，最初目的是为核武器的弹头设计提供分析工具，后经多次扩充和改进，计算功能更为强大。
此软件受到美国能源部的大力资助以及世界十余家著名数值模拟软件公司（如ANSYS、MSC.software、ETA等）的加盟，极大地加强了其的前后处理能力和通用性，在全世界范围内得到了广泛的使用。
声称可以求解各种三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等接触非线性、冲击载荷非线性和材料非线性问题。
即使是这样一个被人所称道的数值模拟软件，实际上仍在诸多不足，特别是在爆炸冲击方面，功能相对较弱，其欧拉混合单元中目前最多只能容许三种物质，边界处理很粗糙，在拉格朗日——欧拉结合方面不如DYTRAN灵活。
虽然提供了十余种岩土介质模型，但每种模型都有不足，缺少基本材料数据和依据，让用户难于选择和使用。
2.2 MSC.software公司的DYTRAN软件当前另一个可以计算侵彻与爆炸的商业通用软件是MSC.Software Corporation ( MSC公司) 的MSC.DYTRAN程序。
该程序在是在LS-DYNA3D的框架下，在程序中增加荷兰PISCES INTERNATIONAL公司开发的PICSES的高级流体动力学和流体——结构相互作用功能，还在PISCES的欧拉模式算法基础上，开发了物质流动算法和流固耦合算法。
在同类软件中，其高度非线性、流—固耦合方面有独特之处。
但MSC.DYTRAN本身是一个混合物，在继承了LS-DYNA3D与PISCES的优点同时，也继承了其不足。
首先，材料模型不丰富，对于岩土类处理尤其差，虽然提供了用户材料模型接口，但由于程序本身的缺陷，难于将反映材料特性的模型加上去；其次，没有二维计算功能，轴对称问题也只能按三维问题处理，使计算量大幅度增加；在处理冲击问题的接触算法上远不如当前版的LS-DYNA3D全面。
2.3 HKS公司的ABAQUS软件ABAQUS是一套先进的通用有限元系统，也是功能最强的有限元软件之一，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统。
ABAQUS有两个主要分析模块：ABAQUS/Standard提供了通用的分析能力，如应力和变形、热交换、质量传递等；ABAQUS/Explicit应用对时间进行显示积分求解，为处理复杂接触问题提供了有力的工具，适合于分析短暂、瞬时的动态事件，但对爆炸与冲击过程的模拟相对不如DYTRAN和LS-DYNA3D2.4 ADINAADINA是一个古老的有限元软件, 有一些很老的版本，它们只有基本的计算功能，没有前后处理。
用它算题，必须自己手工建模，现在看来这些实在是太落后了，但是，重要的一点是它有源代码。
有了源码，就可以对程序进行改造，满足特殊的需求。
国内对ADINA的改造很多，如将等带宽存储改为变带宽存储，将元素库从整个程序中分离出来，可以有选择的将将元素编译连接到程序中。
还有的在程序中加入了自己的材料本构关系，元素库中加进了新的单元等等。
经过改进，程序的功能得到了扩展，效率得到了提高，更重要得是在一定程度上具有了自己的知识产权。
2.5 ANSYS和NASTRAN因为和NASA的特殊关系，msc nastran在航空航天领域有着崇高的地位。
而ANSYS则在铁道，建筑和压力容器方面应用较多。
尽管目前,ANSYS已发展了很多版本,其实它们核心的计算部分变化不大，只是模块越来越多。
比如5.1没有lsdyna和cad软件的接口，到了5.6还有疲劳模块等等。
NASTRAN最早是用的for windows 2.0。
是nsatran v68集成在femap5里。
nastran的求解器效率比ansys高一些。
3 有限元的发展趋势纵观当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势：3.1与CAD软件的无缝集成当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，从而极大地提高了设计水平和效率。
为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。
有些CAE软件为了实现和CAD软件的无缝集成而采用了CAD的建模技术，如ADINA软件由于采用了基于Parasolid内核的实体建模技术，能和以Parasolid为核心的CAD软件（如Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。
3.2更为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。
由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分。
自动六面体网格划分是指对三维实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。
对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果使用中间节点将会引起求解时间、收敛速度等方面的一系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。
自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差、重新划分网格和再计算的一个循环过程。
对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。
自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件。
3.3由求解线性问题发展到求解非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性）；而对塑料、橡胶、陶瓷、混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材料的塑性、蠕变效应时则必须考虑材料非线性。
3.4耦合场问题的求解现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。
例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题,需要结构场和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即"热力耦合"的问题。
当流体在弯管中流动时，流体压力会使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动……这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓"流固耦合"的问题。
由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向。
3.5程序面向用户的开放性为了满足用户不同的需求，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等等。
3.6软件开发强强联合根据有限元软件在装备行业的应用情况,有限元软件之间的强强联合必将更加有效推进有限元技术的应用,随着数值模拟软件的商业化和软件公司开发方向的专业化,各数值模拟软件公司将会出现强强联合的局面,以解决复杂装备产品的设计制造难题结束语本文阐述了有限元法的发展历史，解题思路及发展趋势，总结了有限元法的应用现状和广阔的应用前景。
指出了有限元法与其他理论相结合是有限元法发展应用的新途径。
随着科技的发展与软件的更新，有限元法将得到更广泛的应用。
参考文献[1]高攀,黄放 .有限元方法的发展状况和应用[J].电机技术.1999年02[2]期李昱君. 语境视角下的有限元法发展史[J].山西大学，2008-06-01[3]刘英魁.有限元分析的发展趋势作者[J].中国新技术新产品.2009年06期[4]张永刚. 有限元法发展及其应用[J]. 科技情报开发与经济.2007年11期[5]董志高，吴继敏.岩土工程有限元软件应用与发展[J].工程地质计算机应用.2010年3期。