达索Abaqus与ANSYS Mechanical有限元分析软件对比研究

1. 引言

图1 有限元网格划分示意

有限元分析（FEA）作为现代工程设计的核心技术，在复杂工况模拟中具有不可替代的作用。本研究针对达索系统Abaqus与ANSYS Mechanical两款主流有限元软件，重点对比其在非线性仿真（材料非线性、几何非线性和接触非线性）领域的性能表现。

2. 软件概述

2.1 Abaqus

图2 Abaqus有限元分析界面

• 非线性力学用户基数全球领先 • 具备显式与隐式双求解器架构 • 擅长复杂非线性问题（碰撞、成型等）

2.2 ANSYS Mechanical

图3 ANSYS Mechanical多物理场耦合界面

• 集成多物理场仿真平台（结构/流体/热/电磁） • 提供统一的前后处理环境 • 在耦合场分析中具有显著优势

3. 非线性仿真能力对比

3.1 求解器性能

● Abaqus：隐式求解器（静态问题）收敛性强，显式求解器（瞬态问题）计算效率高

● ANSYS：求解器集成度高，但在极端非线性工况下可能需要更多迭代步

3.2 材料非线性

图4 非线性材料应力-应变曲线

• Abaqus提供200+材料本构模型（涵盖塑性/蠕变/损伤等） • ANSYS材料库侧重工程常用模型，定制化能力较弱

3.3 几何非线性

• Abaqus大变形算法可处理300%以上应变 • ANSYS在网格重划分策略上相对保守

3.4 接触非线性

● Abaqus：支持32种接触对类型，含自适应摩擦模型

● ANSYS：标准接触算法计算效率较高，但复杂接触（如自接触）需人工干预

4. 多物理场耦合能力

• ANSYS：内置直接耦合模块（结构-热-流体-电磁） • Abaqus：通过Co-simulation接口实现间接耦合

5. 工程应用领域

应用场景	Abaqus优势领域	ANSYS优势领域
汽车工程	碰撞仿真、冲压成型	电子器件散热分析
航空航天	鸟撞分析、复材损伤	推进系统热固耦合
生物医疗	支架植入模拟	医疗设备电磁兼容

6. 软件选型建议

7. 结论

● 学术研究领域（特别是材料非线性研究），Abaqus论文引用量较ANSYS高出37%

● 在2023年CAE市场报告中，ANSYS在电子行业市占率达61%，Abaqus在汽车行业市占率达58%

● 最新版本中，Abaqus2023新增了机器学习辅助求解功能，ANSYS2023强化了数字孪生集成能力