典型有限元程序简介
出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第195页（3213字）
3．6．1 结构分析有限元程序SAP5
SAP5程序是由美国加州大学伯克利分校E．L．Wilson，K．I．Bathe和F．E．Peterson研制的SAP4程序、经南加州大学SAP用户协会增加功能形成的新版本，适用于小变形弹性结构静力和动力分析。静力分析可以多工况求解节点位移和单元应力，采用等带宽分块求解器。动力分析功能有行列式搜索法和子空间迭代法的固有频率和振型计算，Wilsono法直接积分和振型迭加的动力响应计算，响应谱分析和频率响应等。单元库包括杆单元、梁单元。4节点空间膜单元、4节点二维单元(轴对称、平面应力和平面应变)、8节点三维单元、板壳单元、边界单元、8～21节点厚壳和三维单元、伪单元、读入单刚、直管或弯管单元等。材料库有各向同性和正交异性弹性材料。载荷可以有节点载荷、面力和体积力载荷、基础运动和节点温度引起的载荷等，程序还有带宽优化、重量和重心计算、绘图等功能。我国一些单位已将SAP5程序在微机(386、486和586)上开发成功，并增加网格生成前处理程序和图形显示后处理程序，在学校和中、小设计单位广泛使用。
3．6．2 微机结构分析通用程序SAP84
SAP84程序是北京大学袁明武教授主持研制的专门为微型计算机开发的结构分析通用程序，适用于小变形弹性结构的静力和动力分析。程序采用多块I／O为基础的分块内外存求解器，并采用汇编语言进行基本向量运算，可以减少I／O工作量和提高运算速度。具有多层子结构功能可以在微机上高效率地求解大型工程课题。动力分析功能有子空间迭代法和Ritz向量WYD法的固有频率和振型计算、逐步积分法和振型迭加法求结构动力响应、按反应谱理论求地震响应等。反应谱曲线包括工民建规范、水工规范和输入用户指定的谱曲线。在动力分析中可以把流体动压力对结构的影响作为附加质量处理。单元库包括三维框架单元、空间桁架单元、平面曲梁单元、变截面直梁单元、管道单元、3～9节点平面等参数单元(轴对称、平面应力和平面应变)、8节点和16节点非协调三维单元、8～21节点等参数三维单元、板壳单元、带自动细分功能的墙单元和伪单元等，三维框架单元可按我国的“混凝土结构设计规范(GBJ10－89)”和“建筑结构抗震设计规范(GBJ11－89)”进行混凝土配筋。后处理程序可以绘制结构图、变形图、振型图、动力响应图，并可对平面单元、8～21节点三维单元和板壳单元绘制彩色等应力线图，三维框架单元用颜色表示内力图并可按单元绘制载荷图和内力图。
3．6．3 非线性结构分析有限元程序ADINA84
ADINA84程序是美国麻省理工学院K．J，Bathe主持研制的，适用于弹性和非弹性结构在大变形条件下的静力和动力分析，并可计及构件之间相互碰撞接触和摩擦滑动。程序采用拉格朗日增量解法。可以用于钢筋予应力混凝土结构的非线性分析、隧道和土工结构分析、金属模压计算、热处理过程的热弹塑性和蠕变分析、大型结构的非线性动力分析、组合壳体结构的屈曲分析等。程序中非线性方程组增量解法采用带或不带线性搜索的修正牛顿法或全牛顿法、BFGS法，或者用于屈曲和后屈曲响应计算的自动分级加载算法。用行列式搜索法和改进的子空间迭代法计算固有频率和振型。如果结构仅有局部非线性，振型迭加法也是有效的。在任意载荷级上都可以进行线性屈曲分析。隐式时间积分主要用于结构振动计算，而显式时间积分可以计算波传播问题，适用于考虑高频响应的冲击碰撞问题。若仅局部结构带有非线性性质，ADTNA程序的子结构功能可以将一些线性单元组集成“超单元”，以节省非线性求解机时。程序可以计算平而应力、平面应变、轴对称和三维实体结构裂纹的应力强度因子，用来研究结构的断裂力学问题。程序有二维和三维多种接触算法用来处理构件之间碰撞接触和带摩擦滑动问题，相互碰撞接触的构件可以是二维或三维固体，也可以是板壳结构。单元库包括1～4节点杆／索单元、l～9节点二维单元、4～21节点三维单元、梁单元、2～4节点等参数梁单元、3节点板壳单元、4～32节点壳和壳块过渡单元、2～4节点管单元、4～9节点二维流体单元、8～20节点三维流体单元等。材料库包括各向同性和正交异性弹性、各向同性热弹性、曲线描述、混凝土模型、带帽Drucker－Prager弹塑性、各向同性和随动硬化Von Mises弹塑性、热弹塑性和蠕变、超弹性橡皮材料等，各种单元可使用的材料模型数不同，二维单元的材料模型数最多。随时间变化的载荷可以有节点载荷、随结构变形改变方向和作用面积的压力载荷、温度载荷、离心载荷以及给定位移产生的载荷等。程序的线性计算功能也是效率很高的。与ADINA84程序配套使用的程序还有：非线性稳态和瞬态热分析程序ADINAT、前处理程序ADINA IN和后处理程序ADINA－PLOT。
3．6．4 非线性结构动力分析程序DYNA
DYNA2D(二维)和DYNA3D(三维)程序是美国劳伦斯·利费莫尔国家实验室(LLNL)J．O．Hallquist主持研制的，是几何大变形、非弹性材料和接触滑动边界的结构动力分析显式拉格朗日程序，可以模拟高速碰撞或炸药起爆引起结构的动力响应和侵彻作用。程序采用有限元网格对结构空间离散化、采用中心差分法进行显式时间积分、自动控制时步大小以保证解的稳定性和精度。程序引入人工体积粘性来处理冲击应力波造成的强间断问题，采用单点高斯积分并用沙漏阻力克服零能模式以提高求解效率。DYNA程序有六类单元。即4节点平面应变／轴对称单元、8节点六面体单元、2节点梁／杆单元，4节薄壳／膜单元、弹簧一阻尼器单元和刚体单元。它们都适用于大应变和大传动的大变形条件。材料库有各向同性和正交异性弹性、随动／各向同性弹塑性、热弹塑性、土壤、线性粘弹性、橡胶、高能炸药燃烧、地质带帽模型、热正交异性弹性、复合损伤模型、弹塑性流体动力、刚体、组合塑性等34种材料模型，还有11种状态方程供有些材料模型选用。程序有十一种接触碰撞算法(仅滑动、固连滑动、碰撞滑功带摩擦、单面接触、离散点碰撞表面等)和用于复杂机构的六种连接方式(球面连接、柱面连接、万向节型连接、旋转连接、平面连接和平移连接)以及壳单元节点与固体单元节点固连等。炸药引爆方式有多点引爆和线引爆。载荷有节点载荷、随结构变形而改变作用方向的随从力、法向压力和切向面力、基础运动和节点给定速度引起的体力载荷、节点温度引起的温度载荷等。程序可以赋于任意节点在给定局部坐标系中平移和转动约束。DYNA2D程序在运算过程中有重分网格功能，可以防止大变形造成单元网格严重扭曲。DYNA程序可以任意次重新启动并修改控制参数和删除部分滑动而、单元块和材料块，DYNA程序有完善的前处理网格生成程序MAZE(二维)和INGRID(三维)、后处理图形显示程序ORION(二维)和TAURUS(三维)、以及与它们配套的热分析程序TOPAZ2D(二维)和TOPAZ3D(三维)。
上述四种功能不同的结构分析有限元程序部分地反映了当前有限元程序的发展水平。国际上着名的通用有限元程序种类非常多，例如：ABAQUS和ANSYS线性与非线性通用有限元程序、NASTRAN和ASKA大型综合有限元系统、SUPERSAP和COSMOS有限元通用程序……。它们成为当今计算机辅助设计CAD系统的重要组成部分。