【基础知识】ABAQUS与ANSYS的比较

zhengmai0101

在常用的有限元分析软件中，ANSYS,ABAQUS,NASTRAN，LS-DYNA等因为其友好的界面，强大的分析功能，丰富的前后处理，而占据了绝大部分CAE市场。就应用而言，ANSYS在高校里面具有绝对的优势，在图书馆中，ANSYS的书籍多如牛毛。而当我们离开象牙塔后，却发现ABAQUS在企业中占据了相当的份额，尽管在高校图书馆中，ABAQUS的书籍屈指可数。本博客准备展开系列考察，对ANSYS和ABAQUS从各个方面进行比较，通过具体算例以考察各自的适用领域，各自的优缺点，从而方便CAE爱好者选择适合自己的工具进行分析。请读者注意，这系列博文只是笔者个人的观点，因为视野的局限性，其中一定有偏颇之处，所以请朋友们带着怀疑的眼光来看待这些文章，既不要盲目相信笔者的观点，也不要因为自己习惯用ANSYS或者ABAQUS，就一味否定其它软件。
本篇博文是第一篇，主要阐述这两款软件在基本理念上的区别。
ABAQUS与ANSYS的第一个区别，笔者感觉是工程化与学术化的区别,ANSYS偏学术，而ABAQUS则偏于工程。这一点从二者划分网格形成有限元模型的时间点可以看出来。在ANSYS的经典界面中，第一步就要选择单元类型，然后可以用直接法首先创建节点，根据节点创建单元，此后可以在单元上施加载荷，在节点上施加边界条件。总之，这种操作一开始，就让人感觉到在使用有限元方法工作。虽然在ANSYS WORKBENCH中内部隐藏了单元类型的选择问题，但是在得到几何模型后，接着立即是划分网格得到有限元模型，再次是施加边界条件进行求解。总体上，ANSYS给人的感觉是，有限元模型味道浓厚。但是ABAQUS则并不强调有限元模型。对ABAUQS而言，划分网格是很靠后的事情，用户开始总是在与几何模型打交道，创建几何模型，设定材料，确定截面属性，并将截面赋予给几何体，接着从零件得到装配体，建立零件之间的关系，以及确定分析步，设置载荷与边界条件，这一切都结束以后，直到求解之前，ABAQUS才漫不经心的地开始划分网格，网格划分完毕后，立即就是求解了。可见，ABAQUS对于有限元这种东西并不强调，而开始只是一门心思关注如何从工程师的观点建立问题的力学模型，只是到求解之前才转变成为有限元模型，这显然是很符合工程师的视角的。从这个方面看，ABAQUS与SOLIDWOKRS/SIMULATION很相似，二者关注的是对于工程问题的建模，而不是有限元方法本身。仅从这个角度，我们都可以明白，为什么ABAQUS更受到市面上工程师的欢迎的原因。因为它强调的是如何表达工程问题，而非求解的数值方法。它的视角是工程师的视角，而非有限元专家的视角。
ABAQUS与ANSYS的第二个区别，来自分析步这个概念的处理。ANSYS并不太强调分析步，而ABAQUS则非常强调分析步的概念。对于ABAQUS而言，其第一个分析步，通常是创建位移边界条件，然后再是施加载荷，这必定是在某一个分析步中进行的。在ABAQUS中，我们有一种明显的感觉，就是它时刻准备着用户对同一个模型进行一系列先后相继的分析，而前一个分析步的结果会是后一个分析步的初始状态。这种概念，非常适合机械中的连续制造过程，例如板料冲压，锻造等。虽然在ANSYS中也有分析步的概念，但是笔者接触ANSYS多年，很多时候都会忘记这个概念，如果涉及到对于一个几何模型的先后操作，则主要是通过在各个分析系统中建立关系而得到的。例如，在静力学分析完毕后进行模态分析，可以通过先后两次分析得到。但是ABAQUS则是在同一个工作的分析步级别完成这种工作，这给人一种感觉，在ABAUQS中，连续使用多个分析步进行分析是一种最常规的工作，而这种工作对于ANSYS而言，则貌似一种高级的作业。
ABAQUS与ANSYS的第三个区别，在于装配体概念的处理。对于ANSYS而言，无所谓装配这种概念，虽然它可以创建组件，创建“装配体”，但是那种装配体并非工程意义上的装配体的概念。而ABAQUS则相当强调装配体的概念，对于ABAQUS而言，如果没有装配体，就不能做分析。即便装配中只有一个零件，也需要有装配体。所以，在ABAQUS中，当分别创建完各个零件后，需要逐个导入到装配体中进行装配操作。那么这种概念是好还是不好？很难说是好还是不好，就笔者感觉而言，ABAQUS给人一种感觉，它一开始就在面对装配体，而这种对象，对于初期的ANSYS而言，是很讨厌的事情，只是到近几年的ANSYS WORKBENCH中，才大幅度增加了对于装配体的支持，如今，ANSYS WORKBENCH中对于装配体的支持已经十分完善。尽管如此，ANSYS 仍旧并没有把装配体这样的概念像ABAQUS那样大书特书，至于如此显赫的地位，使得装配体操作成为必须经过的一个步骤。笔者以为，ABAQUS之所以如此强调装配的概念，是基于结构设计工程师的角度考虑的。对于结构设计工程师而言，他们极少只与单个的零件打交道，他们一工作，对象就是装配体，所以ABAQUS迎合了工程师的这种观念，使得他们在进行有限元建模时，就好像在进行几何体建模与装配一样。总之，在这个方面，ABAQUS再次体现了其面对结构设计工程师，从结构设计工程师的视角考虑问题的特点。
ABAQUS与ANSYS的第四个区别，在于截面这个概念的处理。在ANSYS中，只是梁，杆，板这种对象才需要截面。而且即便是这种理想对象，有时候也不需要截面，而只是提供实常数就好。笔者在学习ANSYS时，也经常弄不清楚，到底哪些杆单元需要实常数，而哪些是用截面来表达的，这不得不去查单元的帮助。而在ABAQUS中，把截面属性这个概念提到了重要位置。无论是什么物体，线体，板壳，甚至是实体，都需要有截面属性。这种统一，就使得设置截面属性也成为分析中必要的一步。这种统一，就笔者而言，初始很不习惯，但是一旦用几次以后，觉得也很好，免得像ANSYS中那样，还要考虑对于某个单元，要不要截面属性的问题。
总结这四个方面，笔者的感觉是，ABAQUS更倾向于从结构设计工程师的角度考虑问题，而ANSYS则更加学术化，倾向于从有限元角度考虑问题。正因为如此，ABAQUS更适合应用，而ANSYS利于研究，但这只是从基本概念方面考虑所得到的结论。
但事实上，ANSYS WORKBENCH做应用也非常好，当我们用习惯以后，感觉在ANSYS中建模分析都飞快，几乎都不用按几下鼠标，一个分析就自动完成了。对于材料属性的自动设置，单位的方便选择，网格的自动划分，丰富多彩的边界条件和载荷形式，这都是ABAQUS所不可匹敌的。至于ANSYS的经典界面，笔者仍旧不大感冒，尽管它做某些特殊分析非常好，但是对于复杂的装配体分析，WORKBENCH还是首选。

yuqing

楼主说得很清楚，终于理解了ANSYS和ABAQUS的区别了，谢谢楼主。