CAE的综述课件.ppt

第七组：CAE的综述1CAE的简介2CAE的基本过程3CAE分析的步骤4CAE￿作用￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿2024/8/151CAE的综述一、CAE的简介•￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿CAE(Computer￿Aided￿Engineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法2024/8/152CAE的综述￿￿￿￿￿￿￿￿CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题2024/8/153CAE的综述2、CAE的基本过程2024/8/154CAE的综述3、CAE分析的步骤1.前处理：对工程或产品进行建模，建立合理的有限元分析模型2.有限元分析：对有限元模型进行单元特性分析、有限元单元组装、有限元系统求解和有限元结果生成。

3.后处理：根据工程或产品模型与设计要求，对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查，并以图形方式提供给用户，辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性2024/8/155CAE的综述4、CAE的作用1.增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本；2.缩短设计和分析的循环周期；3.CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；4.采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本；5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；6.模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；7.进行机械事故分析，查找事故原因2024/8/156CAE的综述CAE的功能结构CAE的综述计算机辅助工程计划管理包括工程项目的可行性论证、标书、成本与报价、工程计划进度、各子项工程计划与进度、预决算报告等计算机辅助工程设计包括工程的设计指标、工程设计的有关参数及CAD系统，在CAD系统中应强调设计人员的主导作用，同时注重计算机所提供的支撑与帮助，以在最短的时间内拿出最优的设计方案来同时，还要注意设计数据的提取和保存，以使其有效地服务于工程的整个生命周期。

计算机辅助施工管理包括工程进度、工程质量、施工安全、施工现场、施工人员、物料供给等方面的管理、控制和调度它涉及到工程管理学、运筹学、统计学、质量控制等科学技术工程文档管理是指在一个工程运行过程中将提交的各类文档进行收集管理控制的过程CAE的综述计算机图形技术三维实体造型数据交换技术工程数据管理技术管理信息系统关键技术CAE的综述计算机图形技术CAE系统中表达信息的主要形式是图形，特别是工程图在CAE运行的过程中，用户与计算机之间的信息交流是非常重要的交流的主要手段之一是计算机图形所以，计算机图形技术是CAE系统的基础和主要组成部分CAE的综述工程设计项目和机械产品都是三维空间的形体在设计过程中，设计人员构思形成的也是三维形体CAE技术中的三维实体造型就是在计算机内建立三维形体的几何模型，记录下该形体的点、棱边、面的几何形状及尺寸，以及各点、边、面间的连接关系三维实体造型CAE的综述数据交换技术CAE系统中的各个子系统，个个功能模块都是系统有机的组成部分，它们都应有统一的几类数据表示格式，是不同的子系统间、不同模块间的数据交换顺利进行，充分发挥应用软件的效益，而且应具有较强的系统可扩展性和软件的可再用性，以提高CAE系统的生产率。

各种不同的CAE系统之间为了信息交换及资源共享的目的，也应建立CAE系统软件均应遵守的数据交换规范国际上通用的标准有GKS、IGES、PDES、STEP等CAE的综述工程数据管理技术CAE系统中生成的几何与拓扑数据，工程机械，工具的性能、数量、状态，原材料的性能、数量、存放地点和价格，工艺数据和施工规范等数据必须通过计算机存储、读取、处理和传送这些数据的有效组织和管理是建造CAE系统的又一关键技术，是CAE系统集成的核心CAE的综述管理信息系统Economics Psychological工程管理的成败，取决于能否做出有效的决策一定的管理方法和管理手段是一定社会生产力发展水平的产物市场经济环境中企业的竞争不仅是人才与技术的竞争，而且是管理水平、经营方针的竞争，是管理决策的竞争决策的依据和出发点取决于信息的质量CAE的综述CAE软件通用类软件系统通用类软件系统－可对多种类型的工程和产品的物－可对多种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新，以覆盖的应用范围广而著以实现产品技术创新，以覆盖的应用范围广而著称；称；专用类软件系统专用类软件系统－针对特定类型的工程或者产品所－针对特定类型的工程或者产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，因在某个领域的应用而见长；因在某个领域的应用而见长；通常分类通常分类CAE的综述MSCAnsysAbaqusAdinaAlgorI-deasLs-dynaCosmolESI系列系列通通用用类类软软件件专专用用类类软软件件计算流体计算流体建筑结构类建筑结构类钢结构类钢结构类多体动力学类多体动力学类结构优化类结构优化类转子动力学类转子动力学类声场类声场类电磁场类电磁场类铸造类铸造类前后处理类前后处理类CAE的综述几种典型几种典型CAECAE软件的介绍软件的介绍-ANSYS-ANSYS•ANSYSANSYS是一个功能强大的有限元分析与优化设计系统，可用来求解结是一个功能强大的有限元分析与优化设计系统，可用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。

已广泛应用于航空航天、汽构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题已广泛应用于航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等领域运动器械等领域CAE的综述ANSYS的主要产品•主要产品有：主要产品有：–Mechanical-ansysMechanical-ansys结构分析模块结构分析模块–CFXCFX－－ansysansys流体动力学分析模块流体动力学分析模块–EMAGEMAG－－ansysansys电磁场分析模块电磁场分析模块–FEKOFEKO－－ansysansys大尺寸高频电磁场分析模块大尺寸高频电磁场分析模块–WorkbenchWorkbench－－ansysansys协同仿真环境协同仿真环境–ICEM-CFDICEM-CFD－－ansys CFDansys CFD的前后处理器的前后处理器–DesignModelerDesignModeler－－ansysansys全参数化实体建模模块全参数化实体建模模块CAE的综述几种典型几种典型CAECAE软件的介绍软件的介绍-Abaqus-Abaqus•ABAQUS－通用线性/非线性分析软件，包括十分丰富的、可模拟任意实际形状的单元库，并与之对应拥有各种类型的材料模型库，可以模拟大多数典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩有弹性的泡沫材料以及类似于土和岩石等地质材料。

CAE的综述几种典型几种典型CAECAE软件的介绍软件的介绍-Abaqus-AbaqusCAE的综述几种典型几种典型CAECAE软件的介绍软件的介绍-Abaqus-Abaqus•主要模块有：–ABAQUS/CAE－通用前处理模块 –ABAQUS/Standard －通用分析模块–ABAQUS/Explicit －显式分析求解模块–ABAQUS/Aqua －海洋平台、管道和海底电缆系统提供波动载荷、拖力和浮力的计算 –ABAQUS/Design －设计灵敏度分析模块　CAE的综述CAE技术铸就“鲨鱼皮”•应用CAE仿真技术的“鲨鱼皮”泳衣却令人难以置信地比普通泳衣的阻力低38%!在游泳比赛中那看上去哪怕是0.01秒的突破都难以企及的情况下，38%将意味着什么?CAE的综述　CAE技术分析“鲨鱼皮”泳衣性能•CAE技术恰好可以帮助研究人员获取关于泳衣表面和形体阻力的理想方案•运动员要求理想的泳衣实现水中运动过程尽可能平滑和不受到干扰，因此经CAE软件FLUENT数值分析，研究人员能够得到泳衣各部位的阻力特性，并在高阻力区域布置Lzr￿Panels(低磨擦材料)，从而使运动员在水中尽可能地产生减少阻力的流体动力CAE的综述CAE技术分析“鲨鱼皮”泳衣性能•当应用CAE技术的时候，计算机能够预测运动员身体周围每处水的速度、应力以及压力。

阻力高的区域用红色显示，以此表明泳衣上哪些部分需要进行改进研究人员使用FLUENT软件分析的仿真数据，精确定位运动员在水中身体的高磨擦区，通过CAE技术寻找游泳运动员在水中身体最大阻力的位置，然后在该部位采用低磨擦材料进行设计CAE的综述现现 状状•￿￿￿￿￿￿￿￿计计算算机机辅辅助助工工程程计计算算起起源源于于五五十十年年代代中中期•￿￿￿￿实用的实用的CAE软件诞生于七十年代初期软件诞生于七十年代初期•￿￿￿￿从从七七零零年年到到八八五五年年的的十十五五年年，，是是CAE软软件件的的功功能能和和算算法法的的扩扩充充和和完完善善期期，，到到八八十十年年代代中中期期，，逐逐步步形形成成了了商商品品化化的的通通用用和和专专用用CAE软件2024/8/15CAE的综述￿•到八十年代后期国际上知名的到八十年代后期国际上知名的CAECAE软软件有件有NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, DYNADYNA－－3D, MARC, ASKA, DYNA, 3D, MARC, ASKA, DYNA, MODULEFMODULEF、、FASTRAN FASTRAN 等。

等•国内的国内的CAE软件主要是软件主要是JIFEX, FEM, JIFEX, FEM, FEPS, …FEPS, …等 2024/8/15CAE的综述•　　　　近十五年近十五年CAECAE的发展，不仅是扩的发展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重要的是充了软件的功能、性能，更重要的是扩充了用户界面，前、后处理能力；扩充了用户界面，前、后处理能力；对数据管理和图形部份，进行了重大对数据管理和图形部份，进行了重大的改造新增的软件成分大都采用了的改造新增的软件成分大都采用了面向对象的软件技术和面向对象的软件技术和C++C++语言2024/8/15CAE的综述目前国际上先进目前国际上先进CAECAE软件功能软件功能•静力和拟静力的线性与非线性分析静力和拟静力的线性与非线性分析•线性与非线性动力分析线性与非线性动力分析•稳态与瞬态热分析稳态与瞬态热分析•电磁场和电流分析电磁场和电流分析•流体计算流体计算•声场与波的传波计算，声场与波的传波计算，…2024/8/15CAE的综述CAE力学分析CAE的综述CAE模流分析CAE的综述发发 展展 趋趋 势势•功能功能•性能性能•软件技术软件技术•用户界面与智能化用户界面与智能化CAE的综述功能功能•可变形体与多体耦合分析，可变形体与多体耦合分析，•多相多态介质耦合分析，多相多态介质耦合分析，•多物理场耦合分析，多物理场耦合分析，•多尺度耦合分析，多尺度耦合分析，•从材料设计到工程从材料设计到工程/产品设计、集仿真与优化于产品设计、集仿真与优化于一体的一体的CAE系统，系统，•微机电系统分析。

微机电系统分析2024/8/15CAE的综述￿ ￿性能性能•基于超级计算机和计算机群的基于超级计算机和计算机群的并行计算并行计算CAE系统，系统，•基于网格计算的基于网格计算的CAE系统，系统，•基于互联网的集成化与支持协基于互联网的集成化与支持协同工作的同工作的CAE系统系统2024/8/15CAE的综述￿ ￿软件技术软件技术•真三维图形处理与虚拟现实，真三维图形处理与虚拟现实，•基于基于Internet和和Grid￿computing的的面向对象的工程数据库管理系统及面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库工程数据库2024/8/15CAE的综述用户界面用户界面•￿￿￿￿￿多媒体用户界面多媒体用户界面•￿￿￿￿￿智能化用户界面智能化用户界面2024/8/15CAE的综述多媒体用户界面多媒体用户界面•　　计算机图形技术正在迅猛发展，狭义的语　　计算机图形技术正在迅猛发展，狭义的语音输入／输出已成现实，计算机视觉系统已能音输入／输出已成现实，计算机视觉系统已能在一定范围内分析体态、眼神和手势，隐含信在一定范围内分析体态、眼神和手势，隐含信息请求的数据发掘技术也已冒泡，会听、看、息请求的数据发掘技术也已冒泡，会听、看、说、写和学习的计算机即将闻世，这些多媒体说、写和学习的计算机即将闻世，这些多媒体技术一定会使未来技术一定会使未来CAE软件的用户界面具有更软件的用户界面具有更强的直观、直感和直觉性，给用户带来极大便强的直观、直感和直觉性，给用户带来极大便利利2024/8/15CAE的综述智能化用户界面智能化用户界面•　　　　CAE软件是一个多学科交叉的、综合性的软件是一个多学科交叉的、综合性的知识密集型产品，它由数百到数千个算法模块知识密集型产品，它由数百到数千个算法模块组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准构件，行业性的标准、规范，以及判定设计和构件，行业性的标准、规范，以及判定设计和计算结果正确与否的知识性规则。

计算结果正确与否的知识性规则•　　怎么使用软件？怎么判定计算结果？支持　　怎么使用软件？怎么判定计算结果？支持用户有效地使用这些软件的专家系统，将成为用户有效地使用这些软件的专家系统，将成为用户界面的重要组成部分用户界面的重要组成部分2024/8/15CAE的综述2024/8/15谢谢CAE的综述。