1. 引言

圖1 有限元網(wǎng)格劃分示意

有限元分析（FEA）作為現(xiàn)代工程設(shè)計的核心技術(shù)，在復(fù)雜工況模擬中具有不可替代的作用。本研究針對達索系統(tǒng)Abaqus與ANSYS Mechanical兩款主流有限元軟件，重點對比其在非線性仿真（材料非線性、幾何非線性和接觸非線性）領(lǐng)域的性能表現(xiàn)。

2. 軟件概述

2.1 Abaqus

圖2 Abaqus有限元分析界面

? 非線性力學(xué)用戶基數(shù)全球領(lǐng)先 ? 具備顯式與隱式雙求解器架構(gòu) ? 擅長復(fù)雜非線性問題（碰撞、成型等）

2.2 ANSYS Mechanical

圖3 ANSYS Mechanical多物理場耦合界面

? 集成多物理場仿真平臺（結(jié)構(gòu)/流體/熱/電磁） ? 提供統(tǒng)一的前后處理環(huán)境 ? 在耦合場分析中具有顯著優(yōu)勢

3. 非線性仿真能力對比

3.1 求解器性能

● Abaqus：隱式求解器（靜態(tài)問題）收斂性強，顯式求解器（瞬態(tài)問題）計算效率高

● ANSYS：求解器集成度高，但在極端非線性工況下可能需要更多迭代步

3.2 材料非線性

圖4 非線性材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線

? Abaqus提供200+材料本構(gòu)模型（涵蓋塑性/蠕變/損傷等） ? ANSYS材料庫側(cè)重工程常用模型，定制化能力較弱

3.3 幾何非線性

? Abaqus大變形算法可處理300%以上應(yīng)變 ? ANSYS在網(wǎng)格重劃分策略上相對保守

3.4 接觸非線性

● Abaqus：支持32種接觸對類型，含自適應(yīng)摩擦模型

● ANSYS：標(biāo)準接觸算法計算效率較高，但復(fù)雜接觸（如自接觸）需人工干預(yù)

4. 多物理場耦合能力

? ANSYS：內(nèi)置直接耦合模塊（結(jié)構(gòu)-熱-流體-電磁） ? Abaqus：通過Co-simulation接口實現(xiàn)間接耦合

5. 工程應(yīng)用領(lǐng)域

6. 軟件選型建議

7. 結(jié)論

● 學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域（特別是材料非線性研究），Abaqus論文引用量較ANSYS高出37%

● 在2023年CAE市場報告中，ANSYS在電子行業(yè)市占率達61%，Abaqus在汽車行業(yè)市占率達58%

● 最新版本中，Abaqus2023新增了機器學(xué)習(xí)輔助求解功能，ANSYS2023強化了數(shù)字孿生集成能力