ANSYS与ABAQUS稳定性分析比较

ANSYS与ABAQUS稳定性分析比较（转载-来自结构工程师崔家春的个人空间）其实，这些东西很简单，大多数朋友应该都比较了解。但是作为整个稳定性分析的一部分，觉得还是整理一下吧，也算是对后来者又抛了一块砖。

算例描述：

为了能体现出一般性，我故意找了一个比较大的结构。这是一个单层网壳结构，最大尺寸在90m左右，杆件长度在1.13m-3.63m之间，截面形式为箱型截面；构件布置见下图。荷载任意挑选一个标准组合(具体是哪个不记得，只是验证软件单元特征，没有关系)。

在ANSYS软件中分别采用BEAM44、BEAM188和BEAM189进行计算。分析结果见下文。

2阶屈曲荷载因子；

由表格可以看出，利用ANSYS软件进行Buckling分析时，不同BEAM单元类型对单元剖分数量的要求。

（1）BEAM44和BEAM189对单元的剖分数量要求较低，每根构件采用1个单元和采用2、3、4个单元时计算结果相差不大，在工程上这种误差应该是可以接受的。

（2）BEAM188单元对单元剖分数量的要求要高一些，从结果来看，每根杆件采用5个BEAM188单元计算结果才与采用1个BEAM44或BEAM189单元计算结果相同。

（3）在利用ANSYS进行Buckling分析时，以选用BEAM44与BEAM189单元为佳。

（4）选用BEAM44单元时，虽然每根杆件采用1个单元和多个单元计算结果相差不大，但是本人还是建议每根杆件选用2至3个单元。理论上对于每根构件而言，在设计时已经保证了其稳定性，但是我们也可以在整体稳定性分析过程中进一步对其进行校核。如果采用1个单元，就达不到这个效果。

（5）理论上能选择189单元是最好不过啦，不过考虑其是3节点单元，有时候从其它软件数据转过来时可能会有点不方便。

（6）考虑到后期进行非线性稳定计算，由于BEAM44单元不能考虑材料非线性，在前后延续上还是采用BEAM189比较好，而且3节点单元在单元剖分数量上要求也较低。

下面给出每种单元计算得到的屈曲模态（每行从左到右分别为第1、2、3阶）：

BEAM44单元计算结果

BEAM188单元计算结果

BEAM189单元计算结果

从振型图可以看出，不同单元类型、不同单元剖分数量条件下计算得到的屈曲模态是相同的，虽然屈曲荷载因子有所不同。

在ABAQUS软件中，常用的梁单元有B31、B32和B33。其中B31和B33是两节点单元，而B32是三节点单元。仍采用上文ANSYS分析对象为模型，计算结果见下文。

2阶屈曲荷载因子；

而B32和ANSYS的BEAM189相似，都是二次积分梁单元；B33相当于ANSYS 的BEAM44单元，都是Euler-Bernoulli梁。所以从上面表格中可以看出，它们的计算结果数据特征也较为相似。

（1）B31对单元剖分的密度要求较高，每根构件采用3个B31单元时，其计算结果才与采用1个B32单元时的相同；而且从计算结果的稳定性来看，选用B31单元时，其单元剖分数量应在3以上；

（2）B32是三节点单元，所以计算精度较高。从分析结果来看，在进行Buckling 分析时，每根构件采用1个B32已经满足工程精度要求；

（3）B33介于B31和B32之间，更接近与B32；分两段已经足够精确。（4）建议在Buckling分析中采用B32单元。

下面给出B31和B32单元计算得到的屈曲模态（每行从左到右分别为第1、2、3阶）：

B31单元计算结果

B32单元计算结果

B33单元计算结果

从振型图可以看出，不同单元类型、不同单元剖分数量条件下计算得到的屈曲模态是相同的，虽然屈曲荷载因子有所不同。

前文《ANSYS与ABAQUS稳定性分析比较1-Buckling分析ANSYS单元选取》和《ANSYS与ABAQUS稳定性分析比较2-Buckling分析ABAQUS单元选取》分别利用ANSYS和ABAQUS对一个单层网壳结构进行Buckling分析，目的是比较这两个软件的不同梁单元对单元剖分数量的要求，以及通过计算结果分析每种单元对Buckling分析的适用性。这里我想就两个软件的单元进行一下对比。前文中建议，当采用ANSYS分析时，可以采用BEAM189单元，而采用ABAQUS 时宜选取B32单元。

那么我们就把问题集中在这两种单元上吧。

回头比较一下BEAM189和B32的计算结果：

是哪个结果更准确呢？这估计就要追溯软件的内核了，有空再进行研究。

其实，现在的软件内核都是有限元，可能每家的求解方法稍有不同，但是其本质基本上是一样的。就拿Buckling分析来说吧，选择哪个软件应该都没有问题，只要采用合适的单元类型，保证足够的单元剖分数量，计算结果应该几乎相同，其误差在工程上是完全可以接受的。

ANSYS的三个梁单元和ABAQUS中三个梁单元刚好一一对应，以后大家用起来可以相互作为参考，其对应关系为：

BEAM44 ←→B33：Euler-Bernoulli梁，两节点

BEAM188←→B31：Timoshenko梁，线性积分，两节点

BEAM189←→B32：Timoshenko梁，二次积分，三节点

接着前面的工作，仍采用那个单层网壳结构计算模型作为分析对象，分别利用ANSYS和ABAQUS进行非线性整体稳定分析。ANSYS中选用BEAM189单元，而ABAQUS中选用B32单元，每根杆件取一个单元。都是采用RIKS弧长法，施加的荷载均为前文Buckling分时中荷载的7.0倍。

提取结果时均提取同一个节点的Z向位移，计算结果见下图：

由上图可以看出，两个软件的数值大小和曲线走势吻合的较好，ANSYS的结果比ABAQUS稍大，但可以认为在误差数量级以内。总体上讲，这两个计算结果都不错，基本上反映出结构的屈曲过程，“荷载-位移”曲线比较完整。

其实ANSYS的曲线是结算结果的完整曲线，曲线的终点也就是计算发散位置；而ABAQUS那条曲线只是计算结果的一部分，后面还很长一段被我去掉了，因为觉得没什么意义。

最大荷载系数时结构的变形见下图：