NAFEMS LE11：厚壁圆筒热应力
NAFEMS LE11: 厚肉円筒の熱応力
理论与物理
概述
老师！ 今天讲的是NAFEMS LE11：厚壁圆筒的热应力对吧？ 具体是什么内容呢？
NAFEMS LE11基准测试。对厚壁圆筒施加稳态温度分布。验证热应力精度。参考解 σ_yy = −105 MPa。
控制方程
$$ \sigma_{yy} = -105 \text{ MPa (内表面参考解)} $$
$$ \sigma_r = \frac{E\alpha\Delta T}{2(1-\nu)}\left(\frac{a^2}{b^2-a^2}\right)\left(\frac{b^2}{r^2}-1\right) $$
也就是说，在厚壁圆筒热应力的这些地方偷懒的话，之后会吃苦头对吧。我铭记在心！
离散化方法
这些方程，在计算机上实际是怎么求解的呢？
使用有限元法（FEM）进行空间离散化。组装单元刚度矩阵，构建整体刚度方程。
矩阵求解算法
矩阵求解算法，具体是指什么呢？
通过直接法（LU分解、Cholesky分解）或迭代法（CG法、GMRES法）求解线性方程组。对于大规模问题，带预处理的迭代法很有效。
| 求解器 | 分类 | 内存使用量 | 适用规模 |
|---|---|---|---|
| LU分解 | 直接法 | O(n²) | 小～中规模 |
| Cholesky分解 | 直接法（对称正定） | O(n²) | 小～中规模 |
| PCG法 | 迭代法 | O(n) | 大规模 |
| GMRES法 | 迭代法 | O(n·m) | 大规模·非对称 |
| AMG预处理 | 前处理 | O(n) | 超大规模 |
也就是说，在有限元法这里偷懒的话，之后会吃苦头对吧。我铭记在心！
商用工具中的实现
那么，要做NAFEMS LE11：厚壁圆筒的热应力，可以用哪些软件呢？
| 工具名称 | 开发商/现状 | 主要文件格式 |
|---|---|---|
| MSC Nastran / NX Nastran | MSC Nastran（Hexagon）、NX Nastran（Siemens Digital Industries Software） | .bdf, .dat, .f06, .op2, .pch |
| Abaqus FEA (SIMULIA) | Dassault Systèmes SIMULIA | .inp, .odb, .cae, .sta, .msg |
| Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural) | Ansys Inc. | .cdb, .rst, .db, .ans, .mac |
| COMSOL Multiphysics | COMSOL AB | .mph |
供应商谱系与产品整合历程
各个软件的起源，是不是还挺有戏剧性的？
MSC Nastran / NX Nastran
接下来是MSC Nastran的内容对吧？具体是什么？
1960年代作为NASA结构分析（NASTRAN）开发。MSC Software将其商业化，之后UGS（现Siemens）派生出NX Nastran。MSC于2017年被Hexagon AB收购。
当前归属：MSC Nastran（Hexagon）、NX Nastran（Siemens Digital Industries Software）
Abaqus FEA (SIMULIA)
Abaqus FEA，具体是指什么呢？
1978年由HKS (Hibbitt, Karlsson & Sorensen) 开发。2005年被达索系统收购，并整合到SIMULIA品牌下。
当前归属：Dassault Systèmes SIMULIA
等等，结构分析的话，也就是说这种案例也能用吗？
Ansys Mechanical (旧ANSYS Structural)
请讲讲「Ansys Mechanical」！
哦～，结构分析的话题，超级有趣！请再多讲一些。