1、各行业使用的主流软件
CAE仿真行业经过大约60年的发展,每年不断地进行收购,已经形成了三大巨头:Ansys,Dassult和Altair,如果非要再加两个的话,那就是海克斯康和西门子。下图提到的主流仿真软件均出自于上述5家公司。
从找工作的角度来看,最好是企业要用的软件你恰好会用。下面是国内做仿真较成熟的行业的有限元软件使用情况。
目前国内做仿真分析比较成熟的行业有汽车、航空航天、手机及消费电子、重工以及家电等,其中以汽车行业仿真分析做得最好。
1.1 汽车行业
广汽、比亚迪、长安、吉利、长城、小鹏、蔚来等汽车厂商主要使用的仿真分析软件为:结构分析前后处理软件基本都用HyperMesh+HyperView,部分企业用ANSA,强度校核求解器主要使用Abaqus,NVH求解器用OptiStruct和Nastran,碰撞分析用LS-DYNA,外流场分析用STAR-CCM+,变速箱搅油等内流场分析用nanoFluidX,结构优化用OptiStruct;
1.2 航空航天
商飞、成飞、沈飞等航空航天企业主要使用HyperMesh+Nastran做静强度校核,少数厂商也会使用LS-DYNA等显式求解器做鸟撞分析以及水上迫降;
1.3 手机消费电子
华为、中兴、VIVO、OPPO以及小米等手机厂商手机厂商主要做跌落分析、静强度分析以及电磁场分析,静强度分析和跌落分析主要使用HyperMesh+Abaqus/Radioss+HyperView;电磁场分析使用Maxwell、CST等软件;近年来开发发展折叠屏手机,会使用多体动力学软件Adams或者MotionSolve模拟折叠铰链的弯折过程;
1.4 重工行业
国内重工行业仿真分析起步很早,像三一重工大概2008年左右就开始做仿真分析,但一直没得到真正的重视,最近五年重工行业产品卖得好有钱了,而且看到有限元分析在汽车和手机消费电子行业做出了成果,慢慢开始重视仿真分析;目前主要静强度分析用HyperMesh+Abaqus/OptiStruct,Ansys Workbench+Mechanical,体动力学分析使用Adams,结构优化使用OptiStruct/Tosca;
1.5 家电行业
美的、格力、海尔等家电企业主要做静强度校核、带包装/不带包装跌落分析,静强度校核Ansys、Abaqus和OptiStruct都有使用,跌落分析用Abaqus/LS-DYNA/Radioss,结构优化使用OptiStruct/Tosca,没有哪个软件占据明显优势;流体分析多使用Fluent;
1.6 小结论
可以明显看出,Altair公司的前处理软件HyperMesh、后处理软件HyperView以及优化工具OptiStruct优势明显,达索公司的Abaqus在结构静力学分析和电子消费器跌落分析中占据统治地位,Ansys公司在电磁和流体仿真方面使用较多。
汽车、航空航天以及手机消费电子行业仿真分析已经很成熟,使用的软件也已经很固定,重工和家电行业仿真分析还处于发展阶段,基本上是仿真分析工程师会什么软件就用什么软件。
2、主流软件学习成本
2.1 软件本身学习成本
影响软件选择的另外一个重要因素是软件的学习成本,有的软件好学易上手,有的软件不好入门,但入门后发现真香。
单纯从软件本身的学习难度来看,三家主流仿真软件公司的结构分析软件学习难度排名如下:Ansys Workbench+Mechanical<Dassult Abaqus<Altair HyperWorks,Ansys最简单,HyperWorks最难。
原因很简单,Ansys Workbench后台自动进行网格划分,基本上傻瓜操作,后台自动提交到Mechanical进行计算,Abaqus和HyperWorks都需要手动进行网格划分,并且HyperWorks还以网格划分能力强而著称。对于手机、汽车等复杂结构,以目前的软件的自动网格划分能力完全不能达到准确分析的要求,因此Ansys不需要手动划分网格是最大的优点,也是最大的缺点。
各厂商的前处理软件网格划分能力来说:Altair HyperMesh>Dassult Abaqus CAE>Ansys Workbench,HyperMesh可以说占据绝对统治地位。
各厂商软件界面友好程度:Ansys Workbench+Mechanical>Dassult Abaqus CAE=Altair HyperMesh,Ansys最友好,Abaqus和Altair差不多。Altair2019年推出类似于CAD软件的新界面HyperWorks,对新手非常友好,且2021版HyperWorks支持中文界面。
2.2 资料获取难度及质量
Ansys<Abaqus<HyperWorks,Ansys最容易,HyperWorks最难
去掉一些傻瓜式操作的入门级软件,专业有限元软件都有一定的学习成本;如果只考虑软件本身学习难度而不考虑现有资料的情况也是不合理的,因此这一部分主要介绍各大软件公司学习资料的获取难度以及质量。
通常来说,学习一款新软件有以下几种方式:1)参加官方培训;2)各种论坛找学习资料;3)看帮助文档;4)买教材;
- 参加官方培训:各大软件公司一般都会针对企业用户提供公开培训和定制培训,培训都有专业讲师,软件操作非常熟练,也有一定的工程经验,对新用户来说非常友好;但这些培训通常都是针对正式用户和马上就要购买软件的商业客户,对于不能购买软件的企业和学生来说,这种机会很难得。
- 各种论坛找资料:若希望自己在学校或者使用业余时间来学习仿真软件,我相信大家都是通过百度/知乎/Simwe仿真论坛/技术邻等网站寻找学习资料,但这样找到的资料通常质量参差不齐,很容易达到从入门到放弃的效果。
- 看帮助文档:帮助文档对于学习有限元软件有非常大的帮助,帮助文档是最权威的学习资料,也是最全的学习资料,所有的软件使用方法都以帮助文档为准;但这几家大厂的软件都是英文版,帮助文档也是英文版,对于初学者来说,看英文资料来学习新知识一般都比较吃力。
- 买教材:这应该是所有学习有限元软件的方法中兼具经济和效率的方法了,下面将介绍各大软件公司软件教材的情况。
Ansys比Dassult和Altair成立更早,而且早年在高校推广力度很大,因此名气大,学习教材在淘宝一搜,Workbench和Mechanical的教材非达到15页,非常丰富,教材中一般会带有理论介绍、案例模型以及操作步骤,是很好的学习资料。
Abaqus因为清华大学庄茁老师的大力推广,知名度也非常高,淘宝搜索学习教材也有4页,笔者当年在学校时也靠一本实验室祖传的庄老师撰写的《Abaqus非线性有限元分析与实例》调试模型。
Altair本身成立时间较Ansys和Dassult较晚,而且早些年在高校推广力度也较弱,因此大家只知道HyperMesh,可能有的人连Altair都不知道,很少有老师会写HyperWorks相关的教材,所以淘宝搜索HyperWorks教材只有2页,并且基本上都是Altair自己写的。
但是,你以为这就完了吗?
经验告诉我们,但是后面的内容才是最重要的。
由于帮Altair写书的人太少,于是Altair的工程师亲自下场写书,做教学视频,官方出品的学习资料质量那是相当地有保障;而Ansys和Abaqus的教材都是高校老师帮忙写的,重理论而轻实践,而且多数老师并不能实时了解各行业的软件应用需求,因此很多教材跟实际需求相比有些不足。
经常关注Altair的人一定知道,Altair公开了相当多的学习资料,主要有两个途径可以找到Altair的官方学习资料:
- 官方网盘:以前是百度云盘,但由于众所周知的原因,不开会员的话,百度云盘上传速度贼快,下载速度非常感人,后面Altair自建了网盘,链接如下,学习培训文件夹中全是学习资料,包括培训PPT+培训视频+培训模型。
ALTAIR-NASnas.altair.com.cn:5001/fsdownload/DhVLPcodc/Altair-KnowledgeBase
- B站官方账号:可以看到目前已经有221个投稿,学习视频数量非常可观。
2.3 小结论
从学习资料数量来看,Ansys完胜Abaqus和HyperWorks;从学习资料质量来看,恐怕Altair的HyperWorks要吊打Ansys和Abaqus。
3、最终结论
具体学习哪个软件还是要看具体需求,至于软件难学还是容易学,都是次要的,毕竟高考都过来了,对吧?
专业网格划分用HyperMesh;做强度校核,那推荐HyperMesh+Abaqus组合;做NVH分析,那肯定是Nastran或者OptiStruct;做通用流体分析推荐Fluent,汽车外流场推荐STAR-CCM+,变速箱搅油分析推荐nanoFluid;做结构优化,推荐OptiStruct;碰撞/跌落分析用LS-DYNA。
最后,谈一点个人看法。
从长远发展来看,软件只是工具,Altair、达索、西门子以及海克斯康等公司的成熟商业软件都能满足基本分析需求,决定有限元分析结果准确性的主要还是CAE工程师的工程经验以及力学数学基础。
作者:熊库辛
链接:https://www.zhihu.com/question/394527337/answer/2039593381