SolidWorks Simulation与其他有限元软件的比较分析

1、关于有限元分析的几点说明

◆任何有限元分析软件的分析结果都会存在以下三方面的误差:建模误差(将实际模型简化为数学模型的误差,即理想化误差)、离散误差(网格划分,将连续实体离散成有限个单元导致的误差)、数值误差(采用数值计算方法求解微分方程、偏微分方程导致的数值累积误差),其中,建模误差与有限元分析软件无关,离散误差和数值误差与有限元分析软件有关。所以,不管是SolidWorks Simulation,还是Ansys,其有限元分析结果都是存在误差的。

◆有限元分析结果所存在的误差主要是由模型简化不合理、单元类型、单元大小选择不合理、边界条件(约束)和载荷施加不合理导致的,有限元分析软件的离散误差和数值误差通常并不大。

◆有限元分析软件的选择并不重要,重要的是分析方法和思想。要想用好有限元软件,得到较精确的分析结果,必须学好力学和有限元理论,并且还得搞懂产品的结构特点和实际工况。

◆在进行有限元分析时,通常会存在这样一个现象:不同分析者使用相同的软件对相同的产品进行分析,却得出不同的结果,且结果可能相差较大。该现象是由于不同分析者的分析思想、方法不相同,分析细节处理不相同、选项、参数设置不一致引起的。该现象的产生与有限元分析软件的选择无关,无论是SolidWorks Simulation,还是Ansys都会存在这种问题。

◆对于有限元分析,不必太过于在意分析结果的精确程度,通常设计者只是为了判断零部件的整体受力情况、变化趋势以及大概的数值范围。

◆实际产品模型、工况和计算机模拟情况差别较大,计算机分析通常只能作为一个参考。

2、关于SolidWorks Simulation的相关介绍

◆SolidWorks Simulation(前身为COSMOSWorks)是SRAC推出的一套强大的有限元分析软件,可进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。以下是SolidWorks Simulation的发展历程。

1982年SRAC公司成立。

1985年SRAC公司开发出了世界上第一套应用于PC机的有限元分析软件,把高高在上的有限元技术平民化。

1995年SRAC公司成为SolidWorks的第一家合作伙伴。

2002年SRAC公司被SolidWorks的母公司达索集团收购。

2009年COSMOSWorks改名为SolidWorks Simulation。

◆每一种主流有限元分析软件都有自己的定位,都有自己的优缺点,比如,Ansys的强项是热力学分析和电场分析,Abaqus的强项是非线性分析。其实,达索公司并没有把SolidWorks Simulation定位成高精度分析软件,它的定位是“方便设计者的快速验证”。

3、SolidWorks Simulation与Ansys分析比较

(1)、界面风格

SolidWorks Simulation:中文界面、中文帮助文档。

Ansys:英文界面、英文帮助文档。

(2)、可操作性、简单易用性

SolidWorks Simulation:基于PC+WINDOWS的软件,界面友好,操作简单,和SolidWorks操作习惯相同,模型修改后,之前添加的材料、约束、载荷等仍然有效。

Ansys:界面不友好,操作困难,模型修改后,之前在Ansys中进行的操作全部无效,必须重新进行材料属性、约束、载荷的添加。

(3)、计算速度和分析时占用内存、磁盘的大小

SolidWorks Simulation:计算速度更快、分析时占用内存、磁盘更少,详见论文《浅析COSMOSWORKS在有限元分析中的应用》。

Ansys:计算速度较慢、分析时占用内存、磁盘较多。

(4)、和其他CAD/CAE软件的集成性(CAD/CAE一体化是未来的发展趋势)

SolidWorks Simulation:与SolidWorks无缝集成,容易实现CAD/CAE一体化。

Ansys:专用的有限元分析软件,建模功能弱,较难实现CAD/CAE一体化。

(5)、分析功能的全面性

SolidWorks Simulation:功能相对比较单一,功能模块较少,能满足一般工程实际要求,但对复杂工况和分析中细节选项的处理相对较差。

Ansys:功能强大,功能模块多,应用领域广,对复杂工况和分析中细节选项的处理更好。

(6)、分析结果的可靠性和精确程度

SolidWorks Simulation:够用,能满足一般工程应用的要求。

Ansys:较权威。

作为大型商用有限元分析软件,SolidWorks Simulation和Ansys都自带了很多验证算例,在验证算例中,给出了有限元分析结果与理论计算结果的比较分析。此外,SolidWorks Simulation还自带了NAFEMS基准。通过NAFEMS基准问题来说明SolidWorks Simulation软件的线性静态、热传导、几何和材料非线性以及线性动态分析模块的精确性。详见SolidWorks Simulation的帮助。

论坛中很多人也都进行过对比验证,在相同的零件、相同的条件和相同的分析方法下,SolidWorks Simulation和Ansys的分析结果通常差别不大。

由此可以推断,SolidWorks Simulation的分析精度完全能够满足一般工程应用的要求。

(7)、价格

SolidWorks Simulation:与国外其他专用有限元分析软件(如Ansys、Abaqus、Nastran)相比,价格比较便宜,整个有限元分析插件价格估计在10万左右。

Ansys:价格较贵,整套软件价格估计在100万左右。