CAE软件 / CAE software

1. ABAQUS/CAE——有限元前后处理框架系统

 ABAQUS/CAE是现代的、基于Windows风格的前后处理器，最大限度地降低操作工作量和培训成本。开放式、多功能的体系结构可将工程设计、工程分析、结果评估、用户化身和交互图形界面集于一身，构成一个完整CAE集成环境。

该模块的优势在于：

1) 将建模、分析、作业管理和结果评估无缝集成

2) 为可用的ABAQUS求解器提供最完整的界面

3) 使用中性数据库文件，使得数据库文件与计算机无关

4) 可以为具体的应用行业和领域定制界面

ABAQUS/CAE将几何模型的特征作为参数，实现参数化建模。特征参数的修改直接反映到有限元模型的变化，实现结构的参数化设计。

ABAQUS/CAE允许直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特性, 并将这些信息自动地转换为相关的有限元信息, 以最大限度地减少设计过程的时间消耗，并且所有的分析结果均可以可视化。

3) 支持各种CAD模型的导入/导出

ABAQUS/CAE直接支持各种CAD格式的导入/导出，提供Solidworks和Pro/E接口，并提供完善的独立几何建模和编辑工具。

4) 自动有限元建模

ABAQUS/CAE不断增加更灵活更方便的智能化网格划分工具, 提供了自动网格划分功能，可以根据曲率自动确定网格密度。

5) 与ABAQUS求解器紧密结合

ABAQUS/CAE支持各种非线性分析的功能定义，并支持ABAQUS的特殊功能。

6) 界面定制功能

 用户可将ABAQUS/CAE作为自己的前后处理器, 并利用其强大的Python语言把自行开发的应用程序和功能及针对特殊要求开发的内容直接嵌入ABAQUS/CAE的框架系统, 或单独使用或与其它系统联合使用, 提高市场竞争能力。

7) 数据的兼容性

ABAQUS/CAE的一致数据库可使用户实现不同工作平台间的数据相互传递和资源共享, 如ABAQUS/CAE结果数据库文件可在当前流行的各种工作站及PC机组成的任意网络上浮动使用。

8) 结果可视化处理 

ABAQUS/CAE丰富的结果后处理功能可使用户直观的显示所有的分析结果, 在产品投放市场前对产品性能进行认定, 并可通过图表文件等方式进行文档整理。

9) 操作运行性能优良

ABAQUS/CAE在运行过程中，对用户的操作响应极快，尤其对大模型的网格剖分、图形优化、数据库优化、内存管理及屏幕刷新等，都能快速给出操作结果，这样将大大加快分析速度。 

2. ABAQUS/Standard——隐式非线性分析求解器

ABAQUS/Standard是功能齐全的高级隐式非线性有限元软件的求解器。它是一个通用分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括：线性/非线性静力分析、模态分析、简谐响应分析、频谱分析、随机振动分析、动力响应分析、静/动力接触、屈曲/失稳、失效和破坏分析、机构运动分析等，具有极强的结构分析能力。可以同时处理几何、材料和接触非线性的组合非线性问题。采用自动增量控制技术处理，最小化用户输入。

ABAQUS/Standard拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型，它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为。它提供了丰富的结构单元、连续单元和特殊单元的单元库，超过500种单元类型。几乎每种单元都具有处理大变形几何非线性,材料非线性和包括接触在内的边界条件非线性以及组合的高度非线性的超强能力。

为了满足高级用户的特殊需要和进行二次开发，ABAQUS/Standard提供了方便的开放式用户环境。这些用户子程序入口几乎覆盖了ABAQUS/Standard有限元分析的所有环节，从载荷定义、边界定义、材料定义到分析求解、结果输出，用户都能够访问并修改程序的缺省设置。

其主要特点包括：

1) 极高的软件可靠性 

ABAQUS/Standard是一具有高度可靠性的结构有限元分析软件, 有着30年的开发和改进历史,每个版本都要有30,000多个考题进行产品质量测试。产品通ISO9001质量认证。ABAQUS产品一直是美国核安全局(NQA)认证(NQA-1标准)的可用于核工业首选的分析软件。

2) 优秀的软件品质 

ABAQUS/Standard的计算结果被誉为非线性分析的标准, 得到有限元界的一致认可，而且通过无数考题和大量工程实践的检验。 

3) 高度灵活的开放式结构

ABAQUS/Standard组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的开放性, 用户可通过用户子程序添加所需的功能。ABAQUS/Standard为用户提供通用的子程序开发接口FORTRAN语言。

4) 无限的解题能力

ABAQUS/Standard对于解题的自由度数、带宽或波前没有任何限制，其不但适用于中小型项目对于处理大型工程问题也同样非常有效, 并已得到了业界的公认。 

5) 高效的并行功能

ABAQUS/Standard除了支持单CPU分析外，还具有在NT或UNIX平台上的多CPU或MPI环境下实现大规模并行处理的功能，能够最大限度实现有限元分析过程中的并行化。支持百/千兆以太网、InfiniBand、Myrinet等网络互联方式。ABAQUS/Standard并行处理的超强计算能力为虚拟产品运行过程和加工过程提供更快、更细、更准的仿真结果。

3. ABAQUS/Explicit——显式非线性分析求解器

ABAQUS/Explicit是功能齐全的高级显式非线性有限元软件的求解器。它是一个通用分析模块，它能够求解广泛的高度非线性动力学问题，包括：冲击、碰撞、水下爆炸等瞬态、高度大变形非线性分析等，具有极强的结构分析能力。可以同时处理几何、材料和接触非线性的组合非线性问题。采用自动时间步长控制技术，最小化用户输入。

ABAQUS/Explicit拥有一个丰富的材料模型库和单元库，并能以任何合理的形式结合使用。除了许多常用的材料模型和单元，材料模型库和单元库还包括为特殊运用而开发的材料模型和单元，为用户提供了极大的建模优势。

其主要特点包括：

1) 极高的软件可靠性 

ABAQUS/Explicit是一具有高度可靠性的结构有限元分析软件, 有着30年的开发和改进历史,每个版本都要有30,000多个考题进行产品质量测试。产品通过ISO9001质量认证。ABAQUS产品一直是美国核安全局(NQA)认证(NQA-1标准)的可用于核工业首选的分析软件。

2) 优秀的软件品质 

ABAQUS/Explicit的计算结果被誉为非线性分析的标准, 得到有限元界的一致认可，而且通过无数考题和大量工程实践的检验。 

3) 高度灵活的开放式结构

ABAQUS/Explicit组织结构使其不但拥有很强的分析功能而又保证很好的开放性, 用户可通过用户

子程序添加所需的功能。ABAQUS/Explicit为用户提供通用的子程序开发接口FORTRAN语言。

4) 无限的解题能力

ABAQUS/Explicit对于解题的自由度数、带宽或波前没有任何限制，其不但适用于中小型项目对于处理大型工程问题也同样非常有效, 并已得到了业界的公认。 

5) 高效的并行功能

ABAQUS/Explicit除了支持单CPU分析外，还具有在NT或UNIX平台上的多CPU或MPI环境下实现大规模并行处理的功能，能够最大限度实现有限元分析过程中的并行化。支持百/千兆以太网、InfiniBand、Myrinet等网络互联方式。

4、ATOM—拓扑优化模块

从Abaqus6.11开始，ABAQUS/CAE新增加了拓扑优化模块。这是一个帮助用户精细化设计的迭代模块，Abaqus 拓扑优化模块(ATOM)具有先进的非线性结构优化功能，为产品设计师和工程师提供满足结构需求和制造工艺的设计，同时提高产品性能、降低产品重量和费用。

ATOM模块提供了两种优化方法—拓扑优化和形状优化，用户能够对单个部件或者装配体进行拓扑和外形优化，同时考虑材料非线性、接触非线性和几何非线性的影响。

ABAQUS优化任务创建过程：

1） 创建需要优化的ABAQUS模型

2） 创建一个优化任务

3） 创建设计响应

4） 利用设计响应创建目标函数和约束

5） 创建优化进程，提交分析

基于优化任务的定义及优化程序，ABAQUS/CAE优化模块进行迭代运算：

1） 准备设计变量

2） 更新ABAQUS有限元模型

3） 执行ABAQUS/Standard分析

优化模块CAE界面：

5、Abaqus/CFD—流体分析模块

Abaqus6.10开始引入了计算流体力学CFD求解功能，用来增强在流固耦合方面的功能。用户可以使用Abaqus/CFD和Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit进行多物理场耦合仿真，例如人体组织、医疗装置和血液之间的流固耦合作用，电子系统通过对流换热的热分析，发动机排气系统的瞬态热分析等。

Abaqus/CFD为Abaqus提供了计算流体动力学分析功能，Abaqus/CAE支持该求解器的所有的前后处理需求。并行的CFD分析功能可以求解多数的非线性流体传热和流固耦合问题。

Abaqus/CFD可以解决以下不可压缩流动问题：

 1）层流和湍流：内流或外流的稳态和瞬态问题，横跨的雷诺数范围可以很大，分析时几何可以很复杂。还可以分析由空间变化的分布体力诱发的流动问题。

 2）热对流：包括热传导和自然对流问题，需要求解能量方程。这类问题包括大范围普朗特数的湍流热传导。

6、电磁分析模块

    Abaqus6.12开始可以进行电磁分析。ABAQUS/CAE支持电磁场建模功能，电磁场分析模型的信息可在 Abaqus/CAE 界面中创建，例如材料和截面属性，载荷和边界条件，分析步和输出请求，单元选择及结果可视化处理。并且可以进行电-热-结构分析。

7、Abaqus/Aqua—海洋平台分析模块

Abaqus/Aqua是用于海洋工程的一个附加模块，该模块的功能可与附加在ABAQUS/Standard上应用。Abaqus/Aqua可以应用于海洋工程结构领域，其目的是模拟海上结构，例如海洋石油平台或船体，能够完成导管架和立管的结构分析，拖管过程模拟计算以及浮体结构分析计算;可以计算结构浮力、风载荷以及波流载荷作用下的拖曳力和惯性力等环境载荷。

ABAQUS/Aqua可以记录自由表面的高度，而且还允许部分结构的浸没，同时为部分或全部浸没的结构提供特定的载荷库。另外，ABAQUS/Aqua还提供了锚链、各向异性海床摩擦、桩脚连接单元、筒体结构的滑动线、缆绳单元等附加特征。

8、Abaqus/Design—敏感性分析模块

Abaqus/Design作为Abaqus/Standard的补充附加模块，主要用于设计灵敏度分析(DSA)。设计灵敏度对于理解设计空间变化以及预测设计改变的影响都非常有用。设计灵敏度可以为再设计和基于梯度的优化提供基础。

在静态分析或频率提取分析中， ABAQUS/Design 可以计算结构对于形状和材料参数的敏感性。敏感性分析使用半解析方法，因此不需要附加的总体刚度矩阵分解。在单元级别进行数值差分，默认情况下自动选择所需的小扰动，以达到足够的精度。 

设计敏感性分析可以用于分析以下设计响应，比如：位移、应力和应变（包括主值和不变量）、反力、单元体积、接触压力和特征频率。

设计参数，如弹性或超弹性材料属性、定向、结点坐标、截面属性和横向剪切刚度等，将显著的影响实体、壳、薄膜、梁和桁架单元的响应。在大位移分析的敏感性计算中，可以考虑非线性几何效应。模型可以包含较小的有限滑动接触，其中摩擦系数可以同设计参数相关。敏感性分析可以被重启动。

默认的敏感性算法可以精确的计算敏感性，而不需要用户指定任何的控制数据。用户可以直接指定数值差分方法（向前或中心差分）和参数扰动的大小，在半解析的设计敏感性分析方法的求解精度和求解费用之间权衡。

ABAQUS/Design 提供全量的和增量的设计敏感性分析公式。增量公式设合于分析路径相关的解。设计敏感性分析的结果可以利用 ABAQUS/Viewer 查看。比如，可以绘制位移或应力的敏感性云图。还可以用编程的方式访问敏感性分析的结果。

9、ABAQUS/Safe—疲劳分析模块

ABAQUS/Safe模块的一系列功能可以附加在ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit上应用。它的目的是通过疲劳分析预测部件和系统寿命。

10、ABAQUS for CATIA V5

ABAQUS for CATIA V5产品为用户提供了完全集成在CATIA V5的使用环境中，采用功能强大的ABAQUS求解器进行非线性有限元分析的功能。

CATIA V5的几何建模功能在业内有着良好的声誉，其三维复杂图形的处理能力更是灵活强大。ABAQUS for CATIA V5 基于CATIA V5的框架内增加了两个ABAQUS的求解分析平台：结构分析和热分析。用户在CATIA V5的操作界面下进行几何建模，模型中的点、面和体成为分析模型的一部分来施加载荷、边界条件和接触定义。这样CATIA的模型同时成为ABAQUS的模型，CAD和FEA工程师无需脱离CATIA的界面就可以运用ABAQUS强大的非线性有限元分析功能，计算得到的结果文件也可以在CATIA中查看。

同时，ABAQUS for CATIA V5还为用户提供了随机帮助文档，用户可以根据帮助文档提供的技术细节为线性或非线性分析创建合适的有限元模型。

用户前期需要具备的知识包括结构分析的基本概念和CATIA V5的基础建模知识，如有限元的基本概念，部件、装配件的概念和基本的点、线、面操作技能。