各行各业CAE/CFD/热/电磁仿真，一般用哪些软件？

各行各业CAE/CFD/热/电磁仿真，一般用哪些软件？

结构的仿真计算，用手算公式的时代早已经过去了，基本都基于CAE工业软件进行分析。我们说的是工业界的情况，不谈高校。学校里面只教原理，不告诉你这个原理有什么用，工业界只管你会用，不管原理是什么。学校和工业界都是瞎子，一个瞎的是左眼，一个瞎的是右眼。

有哪些常用的CAE工业软件呢，这要从需求说起，软件能拿出来卖，是因为它解决了工业界的需求，没有需求的软件，就算你原理比马里亚纳海沟还要深又有什么用。工业界对于结构仿真有哪些需求呢？下面大概列举下

静态结构的仿真

最常见的情况，是静态结构的仿真，静态结构，也就是结构本体在工作状态中基本可以认为是静止的。比如桌子椅子房子桥梁，大型机械的本体（比如机床本体，虽然机床在旋转铣削，但是其本体是固定在地面上的），还有的结构，虽然在动，但是可以认为是静止的，比如汽车、火车在平路上开的时候，本身在动，但它的受力情况和静止状态是一样的，包括飞机在飞的时候，也是一样。对于这种静态结构，其仿真的需求也有很多：

结构承力能力如何：比如桌子椅子，太薄了一屁股坐下去就断了；比如飞机，机翼风一吹就折了，这些都是现实开发产品中会遇到的问题，也都可以通过CAE仿真提前计算，计算出来如果结构有问题，就可以提前重新设计使其满足要求；

结构抗振动能力如何：结构不会断不会折还不够，还需要考虑它抗不抗振动。比如汽车，发动机是放在车身纵梁架子上面的，那车身要如何设计，才能使发动机传过来的振动最小呢，最简单的理解，就是避免共振。相应的，地面通过轮胎传过来的振动道理也是一样。还有常见的是我们的机床，机床静态的时候设计得好好的对得很准，为啥工件做出来精度就不够？因为机床一动起来，它就要振动，钻头本来程序编号是在A位置，你移动偏了1mm，那做出来的件当然精度就差了。

结构能用多久不会坏：一个钢丝，拧一下不会断，同样的力，多拧几下它就断了。这种情况学术上叫做疲劳。

以上两类，就说明了静态结构需要考核的最广泛的情况，第一类，就是工程师常说的刚强度问题，第二类，就是常说的NVH问题。

为了解决上面的问题，工程师就需要做下面的分析：

刚强度问题

静力学仿真

准静态非线性仿真

瞬态非线性仿真

静力学仿真，其实随便哪个求解器都能算，这个只是求解器的入门级功能。但是你别小看他，其实90%的情况下，企业算算静力学仿真就够了。所以如果要开发自主求解器，先把最基础的静力学搞清楚，搞顺了，拿出去卖市场足够大。

后面两个非线性仿真，这个最强的是Abaqus，这几年用OptiStruct在非线性方面进展很大（最近几个版本主要更新的就是非线性求解功能），不少企业已经抛弃昂贵的Abaqus转投Altair怀抱了。

NVH问题

模态分析

频响分析

随机振动分析

做NVH分析首推Altair的OptiStruct求解器，搭配Altair专用的NVHD前处理模块简直独步天下，无人能敌！Altair的后处理HyperView也有专门的NVH后处理工具，看模态贡献量、传递路径分析，节点贡献量等等太方便了！这个后处理工具，能让你方便地判断是哪块导致的NVH问题。

当然，单独地做做NVH分析，然后算出来一个合格还是不合格的结果，那很多求解器都可以做，Abaqus，NASTRAN都可以的。

疲劳问题

有的强度求解器本身具有疲劳求解的功能（比如Altair的OptiStruct），但是一般通用的做法还是强度求解器就算结构应力，然后疲劳软件专门在第二步，叠加载荷历程计算结构疲劳，这里除了常规的带载荷历程的疲劳，还有扫频疲劳，随机振动疲劳等等。有哪些常用的软件呢，Ncode，FEMFAT用的比较多，Altair的HyperLife其实功能就够用了，学起来也简单，但是不如前面两个强势。

运动结构的仿真

不造成破坏的运动

一类是不造成破坏的运动，比如机器手，自行车，汽车悬架，或者讲点大家熟悉的，念书的时候经常碰到的：凸轮滑块机构；这类问题叫做多体动力学问题，念书的时候大家都数过结构的自由度，如果你参加工作你会发现从来不用数自由度，数你其实也数不明白，你在书上数的都是2d的结构，但是真实的情况是3d的结构，而且每个铰链都不一定照着xyz平面动。况且，单算自由度那除了确定结构的运动性之外没有意义，我们需要的是提取关键位置的力，用来判断结构在运动过程中会不会损坏。那怎么办呢，简单，直接用软件，你把结构都在软件里面表示出来，把铰链也都画出来，直接让软件跑，你直接能看到运动过程，以及随着运动各个关节的力，那多轻松啊！所以，书念的越多，到了企业反而无所适从，项目没法等你搞科研，搞到现在，看上去读了博的都只能回学校去教书。又扯远了。本人建议博士期间多开发几个软件小工具，包装一下市场化，可以小众，必须解决工程问题，别光想着发论文。

那求解多体动力学都有哪些常见的软件呢。最常见的是Adams，隶属于MSC，它振动一些行业有一些专用的模块，比如Adams/car就是专门用来给车企设计悬架的。多体动力学其实比较直观，列式也比较简单，Adams占的优势就是使用的人多，另外再稍微比行业领先一点，比如柔性体接触的计算。另外推荐下Altair的MotionSolve，比Adams/car建模轻松多了，也直观。Altair资料也多，我开始学习Adams/car的时候基本找不到好用的资料。另外还有一些软件carsim、carmaker这类的，他们其实不是严格的多体动力学软件，你输入的是悬架作为整体的一些外部特性，相当于，多体软件研究的是悬架内部的结构对悬架特性的影响，carsim这些软件将多体的结果打了个包，研究悬架外部的特性对整车的影响。

造成破坏的运动

还有一类是运动过程中，结构本身破坏的运动。最常见的就是碰撞。碰撞问题涉及到高度非线性问题，还涉及到结构破坏造成的失效问题，用来计算碰撞问题通常使用显式求解器，关于显式求解和隐式求解，后面单独写一篇文章如果没看到请麻烦记得催更我。常用的显式求解器有哪些呢？最常见的Ls-Dyna，它被ANSYS收购了。还有PamCrash，MADYMO，Radioss这两个，另外提一下Radioss已经被Altair公司开源，OpenRadioss，现在国内已经很多自主CAE企业开始基于OpenRadioss做封装了，它最好的前景是能做成OpenFoam一样。啥你问为什么开源？卖的不好呗谁放着金饭碗不要的。当然，不是软件不行，是进入市场太晚，肉都被吃完了，只能通过开源，看能不能从博士生写论文入手开始打群众基础。Abaqus/Explicit功能据说也很强但是好像属于自媒体自high的状态，我在工作中还没碰到过。

流体力学CFD仿真

流体力学，就是研究气流的运动的。

我没做过CFD仿真，只是见过猪跑，随便扯两嘴。开源最强OpenFoam，很多人指着它毕业呢，毕竟免费而且还能做点属于自己的小开发。商业软件里面，车企里面用的多的是Star CCM+，Fluent在常规工业界用，在小硕士论文里面也比较常见，博士再用Fluent就容易被人家嫌弃，Altair有AcuSolve（是有限元算法，不是有限体积）。

热仿真

热仿真就是用来研究热的分布的。这个在电子产业比较重要，想象下前两年的火龙888芯片，手机烫手那不行。电子行业的热仿真，用的最多的是ANSYS的ICEPACK，还有Cadence。其实热仿真的原理也很简单，就是热传导的梯度，和结构的弹性模量差不多，所以结构求解器也集成了热仿真的功能，我知道的，OptiStruct就能计算热传，还有AcuSolve也有热仿真。

电磁仿真

电磁仿真，研究的是电磁信号的传播。有的地方，希望电磁信号多一点，好一点，比如汽车天线和传感器，有的地方，希望电磁信号越少越好，比如隐形战机。什么决定了电磁信号的好坏呢，就是结构的设计，天线位置的不同。所以通过仿真，你能知道什么位置放天线是最好的，什么结构下战机的隐身性能最好。这里用的最多的是Altair的FEKO和ANSYS的HFSS。别问我有啥差别，我只知道FEKO更便宜。

前后处理求解器

最常用的放在最后讲，前面将的都是求解器，但是作为一线工程师来说，求解器可以完全作为黑匣子，工程师只需要做模型，然后丢给黑匣子，黑匣子算一会，吐出来一个结果文件，工程师再拿着结果文件去读结果。发现了吗，对于工程师，99%的时间和求解器无关。所以他们整天桌面上其实就一个软件：HyperMesh。这是Altair的王牌软件。它的对手是ANSA，两者其实都很方便，但是ANSA的问题在于进入市场晚，肉都被HyperMesh吃完了，HyperMesh二三十年积累下来的老工程师的使用习惯，才是最大的护城河。另外听说ANSA是只能按年租赁不能买断的，有了解的朋友欢迎留言补充。ANSA还有个问题是没有拿得出手的求解器，导致客户要买它必须另外配个求解器，这样价格对于Altair就没有优势了。本站有Altair旗下软件采购包含HyperMesh价格说明的文章，可以点击查看