常用三維建模及分析軟件介紹航空學院常用三維建模及分析軟件介紹航空學院1.2常用的三維建模及有限元分析軟件1.4有限元分析軟件提綱1.3三維建模軟件1.1概述1.2常用的三維建模及有限元分析軟件1.4有限元分析軟件在出現計算機繪圖以前我們是這樣畫圖的1.1概述在出現計算機繪圖以前我們是這樣畫圖的1.1概述計算機輔助設計（CAD）已經成為了現階段設計領域的一個趨勢；計算機輔助設計（CAD）的優勢；大量輔助設計商業軟件的大量涌現不僅對工業領域起到了強大的推動作用，更為學術研究領域提供了各種研究工具。隨著CAD技術的發展計算機輔助設計（CAD）已經成為了現階段設計領域的一個趨勢；1.2常用的三維建模及有限元分析軟件三維建模軟件Catia、solidworks、UG、Pro/E、AutoCAD等有限元分析軟件ANSYS、MSC、ABAQUS、ADINA、PAMCRASH等三維建模是什么？

三維建模在現實中非常常見，如孩子們堆沙丘城堡、搭積木的過程是三維建模的過程，雕刻、制作陶瓷藝術品等，也都是三維建模的過程。

人腦中的物體形貌在真實空間再現出來的過程，就是三維建模的過程。廣義地講，所有產品制造的過程，無論手工制作還是機器加工，都是將人們頭腦中設計的產品轉化為真實產品的過程，都可稱為產品的三維建模過程。常用的軟件：1.2常用的三維建模及有限元分析軟件三維建模軟件Catia1.3三維建模軟件

三維建模是指在計算機上建立完整的產品三維數字幾何模型的過程，與廣義的三維建模概念有所不同。計算機中通過三維建模建立的三維數字形體，稱為三維數字模型，簡稱三維模型。

在三維模型的基礎上，人們可以進行后續的許多工作，如CAD（ComputerAidedDesign）、CAM（ComputerAidedManufacturing）、CAE（ComputerAidedEngineering）等。1.3三維建模軟件三維建模是指在計算機上建立三維建模必須借助軟件來完成，這些軟件常被稱為三維建模系統。工業上常用的三維建模軟件有：Catia、solidworks、UG、ProE、AutoCAD等三維建模必須借助軟件來完成，這些軟件常被稱為三1.31CATIACATIA是法國DassaultSystem公司旗下的CAD/CAE/CAM一體化軟件，DassaultSystem成立于1981年，CATIA是英文ComputerAidedTri-DimensionalInterfaceApplication的縮寫。CATIA的logo1.31CATIACATIA是法國DassCATIA軟件介紹

CATIAV5是IBM/DS基于WindowsNT/2000操作系統上開發的高端的CAD/CAM軟件，它涵蓋了產品開發的全過程，提供了完善無縫的集成環境。CATIAV5之前的版本CATIAV4是基于UNIX系統開發的，隨著NT操作系統的普及，以及個人計算機性能不斷地提高、成本不斷地下降，許多高端的CAD/CAM軟件紛紛從UNIX移植到WindowsNT平臺。IBM/DS在充分了解客戶的需求，并積累了大量客戶的應用經驗后，決定開發新一代基于NT平臺的CATIA即CATIAV5。CATIA軟件介紹CATIAV5是IBCATIA在全球已經擁有超過100萬的用戶，包括11個工業領域CATIA的運用范圍CATIA在全球已經擁有超過100萬的用戶，包括11個工業領CATIAV5的應用舉例CATIAV5的應用舉例CATIA的功能CATIA的功能CATIA的界面CATIA的界面CATIA設計效果圖CATIAV5環境下設計的波音787外觀模型商用客機模型CATIA設計效果圖CATIAV5環境下設計商用客機模型1.32solidworksSolidWorks為達索系統（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負責研發與銷售機械設計軟件的視窗產品。達索公司是負責系統性的軟件供應，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務。

SolidWorks2010啟動頁面1.32solidworksSolidWSolidworks軟件簡介SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統，由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業中獲利最高的公司。Solidworks軟件簡介SolidWorkSolidworks軟件的工具2D到3D轉換工具內置零件分析機器設計工具模具設計工具消費產品設計工具對現成零組件的線上存取模型組態管理零件模型建構曲面設計

Solidworks軟件的工具2D到3D轉換工具1、Top

Down(自頂向下)的設計2、Down

Top

(自下向上)的設計3、配置管理4、易用性及對傳統數據格式的支持5、零部件鏡像6、裝配特征7、工程圖(RapidDraft,剖中剖,交替位置視圖)8、eDrawing9、鈑金設計Solidworks功能1、Top

Down(自頂向下)的設計Solidworks功Solidworks界面Solidworks界面solidworks設計產品效果圖Solidworks建立的F14戰機模型Solidworks建立的某發動機模型solidworks設計產品效果圖Solidworks建立的1.33UGUG（UnigraphicsNX）是SiemensPLMSoftware公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。UnigraphicsNX針對用戶的虛擬產品設計和工藝設計的需求，提供了經過實踐驗證的解決方案。UG同時也是用戶指南（userguide）和普遍語法（UniversalGrammer）的縮寫。1.33UGUG（Unigraphics22UGS起源于麥道(MD)公司，60年代起成為商業化軟件。由Boeing--McDonnellDouglas公司開發。UGUGS的起源軟件發展及現狀22UGS起源于麥道(MD)公司，60年代起成為商業化軟件23

世界級的CAD/CAE/CAM一體化解決方案UG23世界級的CAD/CAE/CAM一體化解決方案UGUG軟件的技術特性集成的產品開發:

UG是一個完全集成的CAD/CAM/CAE軟件集，它致力于從概念設計到功能工程分析到制造的整個產品開發過程。相關性:通過應用主模型方法，從設計到制造所有應用相關聯。并行協作:通過應用主模型,產品數據管理PDM(iMAN),產品可視化(PV),以及Internet技術，支持擴展企業范圍的并行協作?；谥R的工程:用知識驅動的自動化，Unigraphics解決了怎樣捕捉，再使用和運用累積在制造產品的人和過程中的知識問題?？蛻艋?Unigraphics提供CAD/CAM/CAE業界最先進的編程工具集定制Unigraphics和裁編它以滿足一個企業的需求UG軟件的技術特性集成的產品開發:UG是一個完全集成的C集成的產品開發分析結構或運動分析腳本計算機輔助設計CAD計算機輔助制圖建模制造計算機輔助工程分析CAE編輯計算機輔助制造CAM市場需求UG是一個完全集成的CAD/CAM/CAE軟件集，它致力于從概念設計到功能工程分析到制造的整個產品開發過程。二維工程圖制圖數控代碼集成的產品開發分析計算機輔助設計計算機輔助制圖建模制造計算機UG設計(CAD)通過應用主模型方法，從設計到制造所有應用相關聯。UG設計(CAD)通過應用主模型方法，從設計到制造所有應用相UG分析結構分析UG分析結構分析工程圖工程圖UG加工(CAM)CAM基礎平面銑鉆加工型腔和型心銑固定軸銑4~5軸變軸銑清根銑順序銑轉臺NURBS曲線生成器線切割可視化加工……UG加工(CAM)CAM基礎UG工作界面利用UGNX5.0歡迎界面中的“文件”>“新建”菜單，可以新建一個文件，并進入UG的工作界面，如下圖所示。UG工作界面利用UGNX5.0歡迎界面中的“文件”>“UG建立的三維模型UG環境下建立的某直升機模型UG建立的三維模型UG環境下建立的某直升機模型1.34Pro/E

Pro/ENGINEER是美國參數技術公司(ParametricTechnologyCorporation，簡稱PTC)的最新一代CAD/CAE/CAM軟件，它包含許多先進設計理念，是一套設計至生產的機械自動化軟件包，是一個參數化、基于特征的實體造型系統。1.34Pro/EPro/ENGINEER

Pro/ENGINEER廣泛用于機械、模具、工業設計、汽車、航空航天、電子、家電、玩具等行業，是一個全方位的三維產品開發軟件，它集三維實體造型、模具設計、鈑金設計、鑄造件設計、裝配模擬、加工仿真、NC自動編程、有限元分析、電路布線、裝配管路設計、產品數據庫管理等功能于一體。Pro/E的應用范圍Pro/ENGINEER廣泛用于機械、模具、Pro/ENGINEER的主要模塊1.機械設計(CAD)模塊

2.功能仿真(CAE)模塊

3.制造(CAM)模塊

4.工業設計(CAID)模塊

5.數據管理(PDM)模塊

6.數據交換(GeometryTranslator)Pro/ENGINEER的主要模塊1.機械設計(CPro/ENGINEER的工作界面Pro/ENGINEER的工作界面Pro/ENGINEER設計的產品Pro/E制作的機械CAD圖Pro/E設計的產品渲染圖Pro/ENGINEER設計的產品Pro/E制作的機械CAD1.35AutoCAD

AutoCAD（AutoComputerAidedDesign）是美國Autodesk公司首次于1982年生產的自動計算機輔助設計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設計文檔和基本三維設計?，F已經成為國際上廣為流行的繪圖工具。1.35AutoCADAutoCAD（A應用于機械、建筑、電子、航天、造船、化工、土木、冶金、農業、氣象、紡織、輕工業等領域。AutoCAD的應用領域應用于機械、建筑、電子、航天、造船、化工、土繪圖編輯尺寸標注文件管理三維操作數據庫的管理和連接開放式體系結構AutoCAD的主要功能繪圖AutoCAD的主要功能AutoCAD的界面AutoCAD的界面AutoCAD制作的零件三視圖AutoCAD制作的零件三視圖AutoCAD制作的零件圖AutoCAD制作的零件圖AutoCAD制作的裝配圖AutoCAD制作的裝配圖AutoCAD制作的建筑立面圖AutoCAD制作的建筑立面圖1.4有限元分析軟件

有限元分析是對于結構力學分析迅速發展起來的一種現代計算方法。它是50年代首先在連續體力學領域——飛機結構靜、動態特性分析中應用的一種有效的數值分析方法，隨后很快廣泛的應用于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題。有限元分析軟件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四個比較知名比較大的公司。1.4有限元分析軟件有限元分析是對于結構力1.4有限元分析軟件

將模型空間劃分成許多單元，在保證單元間的連續性和邊界條件的基礎上，用求解多元線形方程組的方法得到各單元節點上的數值解。由于是以單元代替模型，其解是近似的，但是由于它有良好的收斂性，因此單元的細化能有效提高它的精度，達到我們的要求。由于以許多小單元來代替模型，使得可以方便地處理各種形狀的（甚至是很復雜的）模型，使以前很難求解的形狀也能夠得到滿意的求解。1.4有限元分析軟件將模型空間劃分成許多單元，在保有限元軟件比較ADINA、ABAQUS在非線性分析方面有較強的能力目前是業內最認可的兩款有限元分析軟件，ANSYS、MSC進入中國比較早,所以在國內知名度高應用廣泛。目前在多物理場耦合方面幾大公司都可以做到結構、流體、熱的耦合分析，但是除ADINA以外其它三個必須與別的軟件搭配進行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的軟件只有ADINA。有限元軟件比較ADINA、ABAQUS在非線軟件的發展狀況

ANSYS是商業化比較早的一個軟件，目前公司收購了很多其他軟件在旗下。ABAQUS專注結構分析目前沒有流體模塊。MSC是比較老的一款軟件目前更新速度比較慢。ADINA是在同一體系下開發有結構、流體、熱分析的一款軟件，功能強大但進入中國時間比較晚市場還沒有完全鋪開。軟件的發展狀況ANSYS是商業化比較早的一個分析性能排名結構分析能力排名：ABAQUS、ADINA、MSC、ANSYS流體分析能力排名：ANSYS、ADINA、MSC、ABAQUS耦合分析能力排名：ADINA、ANSYS、MSC、ABAQUS性價比排名：ADINA，ABAQUS、ANSYS、MSC根據用戶反饋統計對其分析性能進行排名：分析性能排名結構分析能力排名：根據用戶反饋統計對其分析性能進ANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發，它能與多數CAD軟件接口，實現數據的共享和交換，如Pro/Engineer,NASTRAN,CATIA,Solidworks,AutoCAD等，是現代產品設計中的高級CAE工具之一。1.41ANSYSANSYS軟件是融結構、流體、電場、磁場、聲ANSYS應用領域航空航天、汽車工業、生物醫學、橋梁、建筑、電子產品、重型機械、微機電系統、運動器械等。ANSYS應用領域航空航天、汽車工業、生物醫學、橋梁、建筑ANSYS功能概覽結構分析熱分析電磁分析流體分析(CFD)耦合場分析-多物理場ANSYS功能概覽結構分析ANSYS結構分析概覽結構分析的類型:靜力分析-用于靜態載荷.可以考慮結構的線性及非線性行為，例如:大變形、大應變、應力剛化、接觸、塑性、超彈及蠕變等.模態分析-計算線性結構的自振頻率及振形.譜分析

是模態分析的擴展，用于計算由于隨機振動引起的結構應力和應變(也叫作

響應譜).ANSYS結構分析概覽結構分析的類型:ANSYS結構分析概覽(續)諧響應分析-確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應.瞬態動力學分析-確定結構對隨時間任意變化的載荷的響應.可以考慮與靜力分析相同的結構非線性行為.特征屈曲分析-用于計算線性屈曲載荷并確定屈曲模態形狀.(結合瞬態動力學分析可以實現非線性屈曲分析.)專項分析:斷裂分析,復合材料分析，疲勞分析ANSYS結構分析概覽(續)諧響應分析-確定線性結構ANSYS熱分析概覽ANSYS熱分析計算物體的穩態或瞬態溫度分布，以及熱量的獲取或損失、熱梯度、熱通量等.熱分析之后往往進行結構分析,計算由于熱膨脹或收縮不均勻引起的應力.ANSYS功能:相變(熔化及凝固),內熱源(例如電阻發熱等)三種熱傳遞方式(熱傳導、熱對流、熱輻射)ANSYS熱分析概覽ANSYS熱分析計算物體的穩態或瞬態溫ANSYS電磁分析概覽磁場分析中考慮的物理量是磁通量密度、磁場密度、磁力、磁力矩、阻抗、電感、渦流、能耗及磁通量泄漏等.磁場可由電流、永磁體、外加磁場等產生.ANSYS電磁分析概覽磁場分析中考慮的物理量是磁通量密度、磁ANSYS流體分析概覽流體分析

用于確定流體的流動及熱行為.流體分析分以下幾類:CFD-ANSYS/FLOTRAN

提供強大的計算流體動力學分析功能，包括不可壓縮或可壓縮流體、層流及湍流，以及多組份流等.聲學分析-考慮流體介質與周圍固體的相互作用,進行聲波傳遞或水下結構的動力學分析等.容器內流體分析-考慮容器內的非流動流體的影響.可以確定由于晃動引起的靜水壓力.流體動力學耦合分析-在考慮流體約束質量的動力響應基礎上，在結構動力學分析中使用流體耦合單元.ANSYS流體分析概覽流體分析用于確定流體的流動及熱行ANSYS軟件構成軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。

前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型；

分析計算模塊包括結構分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優化分析能力；

后處理模塊可將計算結果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結構內部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結果以圖表、曲線形式顯示或輸出。ANSYS軟件構成軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算ANSYS界面ANSYS軟件界面ANSYS界面ANSYS軟件界面ANSYS軟件輸出仿真圖航天飛機的氣動分析圖ANSYS軟件輸出仿真圖航天飛機的氣動分析圖1.42ABAQUSABAQUS是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。達索并購ABAQUS后,將SIMULIA作為其分析產品的新品牌。它是一個協同、開放、集成的多物理場仿真平臺。

ABAQUS專注結構分析，目前沒有流體模塊。1.42ABAQUSABAQUS是一套功核心求解器ABAQUS/Standard

通用模塊，隱式積分ABAQUS/Explicit

動態有限元模擬，顯式積分前后處理ABAQUS/CAE

交互式圖形環境（前處理）ABAQUS/ViewerCAE的一部分，又稱為Visualization模塊（后處理）ABAQUS產品的組成核心求解器前后處理ABAQUS產品的組成其他模塊ABAQUS/Aqua適合于模擬離岸結構，如油井平臺，可用于分析波浪、風荷載和浮力的作用。ABAQUS/Design適合于進行設計敏感性計算ABAQUS/Foundation適合于線性靜態、動態分析ABAQUS產品的組成其他模塊ABAQUS產品的組成ABAQUS界面ABAQUS界面ABAQUS的求解器ABAQUS/STANDARD是一個通用分析模塊，它能求解廣泛領域的線性和非線性問題，包括靜力、動力、構件的熱和電響應。ABAQUS/EXPLICIT采用顯示動力學有限元格式，適用于模擬短暫、瞬時的動態事件，如沖擊和爆炸問題。ABAQUS的求解器ABAQUS/STANDABAQUS求解器的特點可以分析復雜的固體力學結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題Standard隱式算法（穩定，費用高）當每一個求解增量步結束的時候，隱式的有限元要解一組方程組。Explicit顯示方法（條件穩定，費用低）并不需要求解方程組，通過動態方法推進增量計算ABAQUS求解器的特點可以分析復雜的固體力學結構力學系統，ABAQUS主要功能復雜的固體力學結構力學系統，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題；模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料；其它工程問題：熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透/應力耦合分析）及壓電介質分析。ABAQUS主要功能復雜的固體力學結構力學系統，特別是能夠駕ABAQUS分析結果顯示熱固耦合分析結構強度分析汽車碰撞仿真ABAQUS分析結果顯示熱固耦合分析結構強度分析汽車碰撞仿真1.43ADINAADINA系統是一個單機系統的程序，用于進行固體、結構、流體以及結構相互作用的流體流動的復雜有限元分析。借助ADINA系統，用戶無需使用一套有限元程序進行線性動態與靜態的結構分析，而用另外的程序進行非線性結構分析，再用其他基于流量的有限元程序進行流體流動分析。此外，ADINA系統還是最主要的、用于結構相互作用的流體流動的完全耦合分析程序（多物理場）。1.43ADINAADINA系統是一個ADINA軟件界面ADINA軟件界面ADINA幾何建模CAD的建模風格，可方便生成復雜幾何模型基于Parasolid核心技術的實體建模技術可與UG、Solidwork、solidedge直接交換數據快速方便的布爾運算幾何模型的修改倒斜角倒圓角變半徑圓角抽空ADINA幾何建模CAD的建模風格，可方便生成復雜幾何模型自動網格劃分技術自動網格劃分技術

CAD軟件直接接口

Pro/Engineer

UnigraphicsSolidEdgeSolidWorksBentley

AutoCAD通用幾何數據接口

IGESParasolid

與有限元軟件接口

NastranPatranI-DEAS

數據接口

CAD軟件直接接口通用幾何數據接口數據接口各種結果量的彩色圖和等值線圖向量圖形顯示多種隱藏線、切面、切片圖多種動畫方式對計算結果的列表顯示載荷、邊界條件等的圖形顯示

對結果的修改和載荷工況運算曲線圖方式顯示時程分析結果表格方式顯示時程分析結果將時程結果變換為譜數據

CFD專用后處理如粒子跡線圖結果后處理各種結果量的彩色圖和等值線圖對結果的修改和載荷工況運算結果1.44MSCNastran:工業標準的應力與振動分析工具Adams:工業標準的機構運動模擬工具Marc:高階非線性應力分析工具Dytran:掉落與沖擊、應力與流固耦合分析工具Patran:不同應力分析

(Nastran,Marc,Dytran)共用之前后臺處理