第二章 CAE技术

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CAE(计算机辅助工程)技术及其应用

材料力学和弹性力学研究的对象都是弹性范围内的小变形，对于大变形、塑性问题等工程实际中经常遇到的问题，皆无能为力。
理论上的缺陷为工程实际的计算和产品的优化设计造成了很大的困难。
（3）计算机辅助工程（CAE）
CAE技术是有限单元法（包括有限条、有限体积、有限差分等）与计算机结合的产物。在现代设计流程中，CAE是创造价值的中心环节。事实上，CAE技术是企业实现创新设计的最主要的保障。
软件：软件是CAE分析的主体。开发功能强大、易于使用、运算速度快的分析软件是关键。
六、国外CAE技术的现状
国外对CAE技术的开发和应用真正得到高速的发展和普遍应用则是近年来的事。这一方面主要得益于计算机在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面则有赖于通用分析软件的推出和完善。
各国都在投入大量的人力和物力，加快人才的培养。
CAE从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了30多年的发展历史，其理论和算法都经历了从发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中（如航空、航天、机械、土木结构等领域）必不可少的数值计算工具。
CAE的应用领域由最初的固体力学发展到热传导、流体动力学、电场分析、磁场分析以及多场耦合等领域。在力学领域的应用已由最初的强度、刚度问题发展到屈曲稳定性、动力响应、接触问题、弹塑性、大变形等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等。
确解。 2、应力近似解在精确解上下振荡。在单元内，某些点上的近
似解等于精确解。。
u a1 a2x a3 y v a4 a5x a6 y
三、CAE技术在工程中的应用举例
早在70年代初期就有人给出结论：有限元法在产品设计中的应用，使机电产品设计产生革命性的变化，理论设计代替了经验类比设计。

计算机辅助工程(CAE)

计算机辅助工程(CAE)计算机辅助工程(CAE)是指借助计算机及相关技术，对工程设计、生产制造等领域中的问题进行模拟、分析、优化和验证的一种综合性技术。

CAE具有高效、精确和节省成本等优点，在如今信息技术高速发展的时代，已经成为各个行业中不可或缺的重要工具。

一、CAE的基本概念计算机辅助工程(CAE)指的是利用计算机软件和硬件技术，对工程设计、仿真分析、工艺规划、生产制造等过程中的问题进行模拟、分析、优化和验证的一种复杂的系统集成技术。

CAE涉及到数学、物理、材料、工艺等众多学科，并融合了计算机科学、信息技术、几何造型学、控制工程等多个交叉领域的知识，是一种典型的多学科、跨学科的综合性技术。

CAE技术的功能主要有以下几个方面：1. 模拟仿真分析通过对相关工程问题的建模和仿真，可以实现对工作原理、性能特点和发生的问题等各种情况的分析和研究。

例如，对汽车发动机的燃烧室进行模拟，可以优化燃烧室的形状和尺寸，提高燃烧效率，减少污染物的排放。

2. 工厂数字化设备在生产制造和工艺规划中，利用CAE技术可以对工厂和设备进行全面的数字建模和仿真，以提高生产效率和质量水平，对生产设备进行评估和选择，提高生产效率和工艺流程的优化。

3. 产品设计与开发利用CAE技术可以对产品进行数字化建模和仿真，以提高产品质量和工艺流程的优化，在产品开发过程中，CAE技术可以对产品进行全面分析和优化，从而提高产品的性能指标和市场竞争力。

二、CAE技术在工程设计中的应用在工程设计中，CAE技术的应用可以实现工作流程的数字化，提高数据精度和准确性，进而提高效率降低成本。

1. 数字化建模：CAE技术可以对各类工程设计问题进行数字化建模，使工程的各项指标可以进行全面的模拟和分析。

2. 动力学分析：CAE技术可以对各种机械和结构的动力学性能进行全面分析和优化，使其在设计之初满足指定应力、刚度和容许变形等要求。

3. 流体力学分析：CAE技术可以对工程中涉及的流体力学问题进行分析和优化，如空气动力学，流量分析等，以使设计出的工作流程具有更好的流体性能。

CAE技术概述范文

CAE技术概述范文CAE技术主要包括结构力学分析（Structural Analysis）、热力学分析（Thermal Analysis）、流体动力学分析（Fluid Dynamics Analysis）和系统动力学分析（System Dynamics Analysis）等。

通过这些分析手段，CAE技术可以模拟和预测诸如机械零件受力、热应力、液体或气体流动等工程问题，为工程师提供了解决问题、改进设计的有效方法。

具体而言，CAE技术可以实现以下功能：1.结构力学分析：包括静力学分析、动力学分析和疲劳分析等，用于预测工程结构在不同条件下的变形、应力以及寿命等，为结构设计提供可靠性评估。

2.热力学分析：主要用于模拟工程系统中热交换以及热传导过程，预测温度场分布和热应力，从而优化热设计、节能减排等。

3.流体动力学分析：主要应用于模拟流体的流动和传热过程，包括空气、水、油和气体等多种介质，以帮助工程师优化系统设计，提高效率和可靠性。

4.系统动力学分析：主要用于模拟复杂动态系统的行为，如机械系统、电路系统和控制系统等，以预测系统的稳定性、响应性能等，从而优化系统设计和控制策略。

1.提高设计效率：CAE技术可以通过模拟和分析，提前发现潜在问题并进行优化，从而减少试错成本和工程重复工作，提高设计效率。

2.降低开发成本：通过CAE技术的应用，工程师可以在虚拟环境中进行大规模的仿真和实验，减少了实际试验样品的数量和代价，从而降低了开发成本。

3.改善产品质量：CAE技术可以预测产品在不同工况下的性能和寿命，提前发现潜在问题，优化设计，从而提高产品质量和可靠性。

4.推动创新发展：CAE技术可以快速评估和比较不同设计方案的性能和效果，为工程师提供了一个快速验证和优化创新想法的平台。

5.促进跨学科合作：CAE技术的应用需要多学科的知识和技能，如工程力学、数值计算、计算机科学等，促进了不同学科之间的合作与交流。

当然，CAE技术也存在一些挑战和限制，如计算复杂性、模型准确性和数据可靠性等。

第二章 CAE技术的核心

第二章CAE技术的核心—有限元法：概念与原理上一章简要地讨论了CAE的基本概念，并指出：凡是可以用于产品性能分析、评估与优化的数值仿真方法，都应归属于CAE技术。

在当前被广泛应用的CAE方法中，有限元法最有代表性。

有限元方法之所以获得广泛的应用，是因为它的数值仿真内涵十分丰富，例如：●静力仿真——其中包括材料非线性、几何非线性、边界条件非线性●动态仿真——其中包括模态、瞬态、频谱●屈曲和失稳仿真——其中包括线性屈曲、非线性屈曲、后屈曲●热仿真——其中包括稳态/瞬态热传导、幅射分析、金属相变分析●失效/破坏仿真——其中包括裂纹扩展、疲劳破坏、内部缺陷●耦合仿真——其中包括流—结构耦合、热—结构耦合、电—磁耦合●接触仿真——其中包括静态接触、动态接触●制造工艺仿真——其中包括锻造、挤压、拉伸、铸造、轧辗、冲压、超塑、蠕变、焊接自从1943年Courant第一次正式发表他的有限元思想，到20世纪60年代Clough第一次公开提出“有限元单元法”之后的几十年里，有限元法的理论已经相当成熟。

对有限元理论有兴趣的读者可以从本书所列的参考专著中深刻领会。

在这一章里，讨论的重点不是较深的有限元理论，而是从工程应用的角度介绍有限元法最基本的概念与最核心的基本思想。

之所以将重点放在这里，其基本出发点是：（1）有限元法的理论基础非常坚实，然而并不神秘；（2）把握住有限元法的基本思想是创建一个品质优良模型的必要条件，“黑箱”模式不可能创建出一个好的计算模型；（3）对有限元法的理解有助于消化CAE的其它方法。

第一节平衡状态与微分方程施加给一个结构的外力不随时间变化或基本不随时间变化时，所研究的对象是一个静平衡问题。

反之，当外力随时间明显变化时，所研究的对象则是一个动力问题，然而，不论是静力问题，还是动力问题，从数学角度看，其力学模型的实质就是求解一个或一组微分或偏微分方程。

首先从一个简单的静力平衡的微分方程问题入手。

设有一个承受均匀载荷的小变形悬臂粱如图2-1所示。

CAE技术

1.CAE技术随着科技的发展进步，产品在趋于多样化、智能化的同时，会不可避免地趋于复杂化。

对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现，就是计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。

CAE是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案，或者直接进行设计优化。

目前，为了更好地进行各工程阶段的工作，设计人员已越来越多地运用计算机辅助手段，于是产生了一系列的技术分支，如计算机辅助设计CAD （Computer Aided Design）、计算机辅助试验CAT（Computer Aided Test）、计算机辅助工艺过程设计CAPP （Computer Aided Process Planning）以及计算机辅助制造CAM （Computer Aided Manufacturing）等，有时将它们统称为CAX技术。

2.CAE软件在工程中应用CAE技术，需要一个载体，而CAE技术的载体就是CAE软件。

CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术，而形成的综合性、知识密集型信息产品。

CAE软件大体可以分为专用和通用两类。

专用软件，即针对特定类型的对象所开发的用于性能分析、预测和优化的软件。

从广义上说，设计人员手头的一些小计算程序都可以认为是专用CAE软件。

通用软件，即可以对多种类型对象的物理、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的软件。

通用CAE软件主要指大型通用商业化软件，如NASTRAN、ADAMS、ANSYS、MARC、ADINA以及ABAQUS等。

3.CAE内涵CAE技术主要包括以下三个方面的内容：(1)有限元法的主要对象是零件级，包括结构刚度、强度分析、非线性和热场计算等内容；(2)仿真技术的主要对象是分系统或系统，包括虚拟样机、流场计算和电磁场计算等内容；(3)优化设计的主要对象是结构设计参数。

CAE技术概述

70年代，单元库丰富，线性到非线性通用程序。 80年代，多种功能扩大，大型通用程序如ADINA等。 90年代，领域扩大，前处理器功能增强，大型商用软件出现，如ANSYS、MARC等。
目前，与CAD软件结合成为CAE（计算机辅助工程）
软件。
国内有限元法的形成与发展
1983年梁教授开始研制FEPG 1993年 FEPG面世 1994年获中科院科技进步二等奖 1995年获国家科技进步二等奖 1996年在数学家杨乐的建议下开始商品化 1999年成立飞箭软件公司 2005年…… 已推出FEPG5.2 单机、网络、并行系列版本，国内用户近200家软件发明人
4. 其他
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无限元法
【定义】无限元方法是无限剖分的思想与有限元方法的结合，它打破了“有限”的限制，因而比有限元方法更加灵活。【特点】无限元是有限元方法中一种有限尺寸的无限单元，可以有效的处理无限域与半无限域问题。
有限元法发展史
50年代，发展与萌生，单一功能程序，简单单元。
60年代，数学基础与证明，单一功能程序，多种单元。
1. 前处理（有限元分析的主要步骤）
2. 模拟计算 3. 后处理
结束
CAE软件的前处理
1. 几何模型的建立或导入 2. 网格划分 3. 材料定义 4. 边界条件定义
5. 模拟参数的设定
返回
几何模型的建立与导入
1. 直接建立 2. 导入（IGES、STL等格式）导入的几何模型可能存在缺陷，必要时要进行修复
CAE技术概述
CAE简介
CAE技术是什么？？？ CAE技术有什么用？？？
CAE简介
CAE是Computer Aided Engineering（计算机辅助工程）首字母的缩写。也称为计算机辅助数值分析技术。

CAE技术

CAE技术CAE技术同CAD、CAM技术一样，是当今数字化设计领域重要的组成部分。

本文阐述了CAE技术的重要作用及MPI中各分析模块的作用，通过应用MOLDFLOW/MPI软件对电脑面板模具进行CAE综合分析，希望能对模具设计人员有所启发。

一、引言模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求。

与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。

美国MOLDFLOW 上市公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。

MOLDFLOW一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，MOLDFLOW的技术和服务提高了注塑产品的质量，缩短了开发周期，也降低了生产成本，MOLDFLOW已成为世界注塑CAE的技术领袖。

二、CAE技术的作用利用CAE技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。

这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。

塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是发展的必然趋势。

三、CAE技术应用实例制件为电脑面板，一模一腔，材料为CHIMEI ABS‘POLYLAC PA707’。

采用MPI的流动、保压、冷却和变形分析模块检查塑件的质量，并得到优化的流道设计。

1.建模可在其他CAD软件中建模，MOLDFLOW通过图形接口，直接读入CAD模型，或在MOLDFLOW建模模块中直接建模。

《CAE技术基础》课程教学大纲-2009版

《 CAE技术基础》课程教学大纲课程名称：CAE技术基础英文名称：Fundamentals of CAE Technology课程编码：105555学时/学分：28/1.5课程性质：选修适用专业：机械设计制造及其自动化先修课程：理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、机械CAD/CAM基础、三维设计软件基础一、课程的目的与任务《CAE技术基础》是机械设计制造及其自动化专业的一门学科专业选修课。

本课程将理论与技术实践相互贯通，着重加强有限元技术的应用及一些相关CAE新技术的介绍；遵循理论与实践结合的教学体系和方法。

学生通过这门课程的学习，能够获得有限元与CAE的基础理论、基本知识和基本技能，了解有限元和CAE技术的应用以及该技术发展的概况，为学习后续课程以及从事有关的工程技术工作和科学研究工作打下一定的基础。

二、教学内容及基本要求第一章绪论教学目的和要求：了解有限元和CAE技术的概念及应用现状和发展趋势教学难点和重点：CAE软件中的有限元网格划分方法；教学方法和手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的示例和课外作业。

课时安排：1.1 有限元分析概念、现状和发展趋势1.2 CAE技术概述1.3 有限元和CAE技术应用示例复习与作业要求：结合学习进度，适当安排思考题，习题量适中或较少为宜。

考核知识点：CAE产品的关键技术指标有哪些；CAE软件常用的有限元网格剖分方法；辅助教学活动：布置一定的自学内容。

第二章有限元分析的基础理论与方法教学目的和要求：了解弹性力学基础知识和理论基础；了解工程问题数值解法、有限元法概述；了解有限元分析的分析类型；理解有限元理论基础、理解位移函数和形函数概念；理解有限元分析基本步骤、建模和分析技巧，重点掌握有限元分析建模的技巧和注意事项；理解ANSYS基本操作过程，掌握基本操作步骤和方法、技巧教学难点和重点：1. 弹性力学中基本变量、方程和边界条件设置；2. 有限元分析基本步骤、建模和分析技巧以及网格划分方法选择；3. 空间问题、结构动力学分析；教学方法和手段：以课堂讲授为主，注意举例和采用启发式教学，配合适当的上机作业。

汽车产品设计制造中CAE技术的运用

汽车产品设计制造中CAE技术的运用【摘要】CAE技术在汽车产品设计制造中扮演着至关重要的角色。

通过对汽车结构、碰撞、热传、流体力学、噪声振动等方面进行模拟分析，可以大大减少实际试验的成本和时间。

在汽车结构设计中，CAE技术可以帮助工程师优化结构设计，提高汽车的安全性和稳定性。

在碰撞模拟中，CAE技术可以模拟各种碰撞情况，以提前评估汽车在事故中的表现。

在热传、流体力学和噪声振动方面，CAE技术能够帮助设计人员分析和优化汽车的散热效果、空气动力学性能以及减少噪声振动。

随着CAE技术的不断发展，将对汽车产品设计制造产生深远影响，使汽车更加安全、高效、环保。

未来，随着技术的进一步革新，CAE技术在汽车行业中的应用前景将会更加广阔。

【关键词】CAE技术, 汽车产品设计制造, 应用, 结构设计, 碰撞模拟, 热传模拟, 流体力学分析, 噪声振动分析, 发展, 影响, 前景。

1. 引言1.1 CAE技术在汽车产品设计制造中的重要性CAE技术在汽车产品设计制造中的重要性非常突出。

随着汽车制造技术的不断发展和汽车市场的激烈竞争，传统的试验方法已经不能满足快速、准确地进行产品设计和验证的需求。

CAE技术以其高效、低成本、可重复性等优势，成为汽车产品设计制造过程中不可或缺的重要工具。

CAE技术可以在设计初期就进行虚拟仿真，通过对汽车结构、碰撞、热传、流体力学等方面进行分析和验证，为设计师提供科学依据和方向，避免了传统试验中可能出现的时间、成本、资源等方面的浪费。

CAE技术可以帮助设计团队快速地进行优化设计，减少试验和修改次数，缩短产品开发周期，提高产品质量和市场竞争力。

CAE技术还可以有效降低产品的研发成本，提高研发效率，提升企业的技术创新能力和核心竞争力。

1.2 CAE技术的定义和作用CAE技术（Computer-Aided Engineering）是指利用计算机技术和软件工具进行工程设计和分析的一种方法。

它包括了结构分析、碰撞模拟、热传模拟、流体力学分析、噪声振动分析等多个方面，能够帮助工程师在产品设计制造过程中进行更加准确、高效和经济的工作。

(发展战略)综述CAE技术的发展和应用最全版

（发展战略）综述CAE技术的发展和应用综述CAE技术的发展和应用引言CAE(计算机辅助工程)的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型且进行计算机仿真分析。

壹方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答；另壹方面，计算机辅助分析使大量繁杂的T程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确。

在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用，同时cAE这壹新兴的数值模拟分析技术在国外得到了迅猛发展，技术的发展又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。

1概论CAE技术1．1CAE技术简述CAE即计算机辅助工程是用计算机辅助求解复杂丁程和产品结构强度、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壹种近似数值分析方法。

随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，且已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4c系统(CAD，CAE，CAPP／CAM)的重要环节。

CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)和CAPP(计算机辅助工艺)等都属于计算机辅助工程(CAE)，而计算流体动力学CFD 和有限元分析(FEA)等则是支撑CAE的分析工具和手段。

采用CAD技术来建立CAE 的几何模型和物理模型。

完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。

同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。

我们称这壹过程为CAE的后处理。

1．2CAE技术发展历程CAE的理论基础有限元法：20世纪40年代起源于土木工程和航空工程中的弹性和结构分析问题的研究。

cae技术的使用流程 (2)

CAE技术的使用流程1. 介绍CAE（Computer-Aided Engineering）技术是指借助计算机和相关软件进行工程分析和设计的过程。

它是现代工程设计领域中非常重要的一部分，可用于模拟和优化复杂的工程系统，从而提高产品质量和性能，并减少开发成本。

本文将介绍CAE技术的使用流程。

2. CAE技术的分类CAE技术主要分为三个主要领域：2.1 结构分析主要用于模拟和评估各种工程结构（如建筑、车辆、航空航天器等）在各种负载条件下的性能。

结构分析可以帮助工程师进行强度、刚度、疲劳和振动等方面的评估。

2.2 流体分析流体分析主要用于模拟和预测液体和气体在各种流动条件下的行为。

它主要应用于汽车、航空航天、石油和化工等领域，帮助工程师分析流体动力学、传热和传质等问题。

2.3 热分析热分析主要用于模拟和评估工程系统在各种温度条件下的热梯度、热扩散和热传导等问题。

它主要应用于电子设备、发动机、炉燃烧器等领域，帮助工程师优化散热设计和热工性能。

3. CAE技术使用流程以下是一般的CAE技术使用流程：3.1 确定分析目标在使用CAE技术之前，首先需要明确分析的目标。

这可以包括系统的性能评估、材料选型、优化设计等。

根据目标，确定需要进行的具体分析类型。

3.2 准备几何模型为了进行CAE分析，需要准备一个准确的几何模型。

这可以通过CAD软件进行创建或导入现有的CAD文件。

确保几何模型准确无误，并进行必要的修复和简化。

3.3 网格划分将几何模型转换为适合CAE分析的网格结构是一个关键步骤。

通过划分网格，可以将复杂几何形状离散化为简单的单元素模型。

网格划分需要考虑到分析类型、准确性和计算效率。

3.4 材料属性定义为了进行分析，需要为材料属性定义适当的参数。

这包括材料的弹性模量、材料的密度、材料的热导率等。

通过准确定义材料参数，能够更好地模拟真实的工程系统。

3.5 加载和约束定义根据分析目标，定义适当的加载和约束条件。

CAE技术概述范文

CAE技术概述范文CAE（计算机辅助工程）是通过计算机技术和数值模拟方法来进行工程设计和分析的一种技术手段。

它涵盖了很多方面的应用领域，包括结构力学、流体动力学、热传导、电磁场等。

CAE技术已经成为现代工程设计和制造过程中不可或缺的一部分，能够大幅提高产品设计的准确性和优化效果。

本文将对CAE技术做一个概述，包括其基本原理、主要方法和应用领域等。

CAE技术的基本原理是基于数值模拟方法，通过离散化和数值解法来模拟实际工程问题。

它主要依靠计算机进行大规模计算和高效的数据处理，从而实现对工程问题的快速求解。

CAE技术的核心是建立数学模型和计算模型，将工程问题转化为数学方程的求解问题。

通过合适的数值方法和算法，可以得到相对准确的工程解决方案。

CAE技术的主要方法包括有限元分析（FEA）、计算流体动力学（CFD）、多体动力学等。

有限元分析是CAE技术中最常用且应用最广泛的方法之一、它将复杂的实体模型离散化成一系列简单的有限元单元，并根据结构力学原理建立单元之间的相互关系。

通过求解线性或非线性方程组，可以得到结构的应力、应变、变形等信息。

有限元分析可以用于求解静力学、动力学、热力学等各种工程问题。

计算流体动力学是CAE技术中另一个重要的方法，它主要用于求解流动场和传热场问题。

计算流体动力学通过对运动流体进行描述和离散化，结合流体力学原理和数值计算方法，可以预测流动的速度、压力、温度等参数。

计算流体动力学技术被广泛应用于汽车、航空、能源和环境等领域，可以优化设计方案，提高产品的性能和效率。

除了上述方法，CAE技术还包括有限差分法、边界元法、材料建模和优化设计等。

有限差分法是一种用差分代替微分的近似方法，广泛应用于求解偏微分方程。

边界元法则是一种基于边界条件的数值解法，适用于边界问题的求解。

材料建模则用于描述物质的力学性能和热学性质等，通过材料的模型和参数，可以更准确地预测材料在不同工况下的性能。

优化设计是利用CAE技术来优化产品设计，通过对参数和目标函数的优化，可以得到最优的设计方案。

CAE技术及其发展_20130212

由分到合
物体离散化
单元特性分析
单元组集
求解未知节点位移
CAE技术及其工程应用
18
2.2 CAE与FEM
有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。
定义
真实系统
有限元模型
CAE技术及其工程应用
19
2.2 CAE与FEM
节点: 空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。载荷
单元:
一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。
分析计算
后处理
前处理：建模，单元选择和设置，材料定义，截面定义，网格划分等，添加边界条件等分析计算：静力分析，接触分析，瞬态分析，模态分析，谐波分析，谱分析，声学分析，热分析，电磁场分析等后处理：提取数据，数据运算，绘制曲线、云图，计算结果评价，导出数据等
CAE技术及其工程应用
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2.2 CAE与FEM
析，模拟仿真，性能预测、评价与优化的软件。主要由有限元软件、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其它专业性的计算软件组成。

结构分析（刚度、强度分析，碰撞分析，疲劳分析，优化分析） CFD（Computational Fluid Dynamics ，流体动力学） NVH（Noise，Vibration &Harshness，模态分析、频响分析、振动与噪声分析）多体动力学分析材料成型性能分析热传导分析
CAE技术及其发展
CAE技术及其工程应用
1
CAE技术及其发展
内容提纲
1 概述

概念、范畴、作用和软件分类
发展历程、结构和软件功能 CAE与FEM的关系

机械制造CAE技术

机械制造CAE技术机械制造是现代工业的核心领域之一，而CAE技术（计算机辅助工程）在机械制造中扮演着重要的角色。

CAE技术通过计算机模拟与分析，为机械制造提供了更高效、更准确的解决方案。

本文将探讨机械制造中的CAE技术及其应用。

一、CAE技术的概述CAE技术是一种通过计算机模拟与分析的方法，用于解决工程问题。

它主要包括计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助分析（CAA）和计算机辅助制造（CAM）等方面。

其中，CAA是机械制造中最为重要的环节，它通过建立数学模型和应用仿真软件，对机械系统进行静力学分析、动力学分析、疲劳与强度分析等。

二、CAE技术在机械制造中的应用1. 机械零部件设计与优化CAE技术可以在设计阶段，通过建立零部件的三维模型，并应用有限元方法进行强度与刚度分析。

通过对零部件的优化设计，可以降低成本、提高工作性能，保证产品质量。

2. 机械系统的动力学分析CAE技术可以模拟机械系统的运动状态，并通过建立动力学模型进行分析。

通过对机械系统的动力学分析，可以评估系统的稳定性、振动特性等，并为系统的优化设计提供依据。

3. 疲劳与寿命分析机械制造中的零部件往往需要长时间的工作，因此其疲劳与寿命分析显得尤为重要。

CAE技术可以模拟零部件的工作条件，通过应力与应变的分析，评估零部件的寿命，并提出改进措施。

4. 制造过程的模拟与优化除了在设计阶段应用CAE技术外，它还可以在制造过程中发挥作用。

通过对制造过程进行模拟与优化，可以提高生产效率、减少成本，保证产品质量。

三、CAE技术的优势1. 提高工程设计效率CAE技术通过快速构建模型、进行仿真分析，可以大大缩短设计周期，提高设计效率。

相比传统的试验方法，CAE技术具有更快的反馈速度，可以迅速评估设计方案的优劣。

2. 准确预测真实工况传统的试验方法受到许多限制，如条件受限、成本高昂等。

而CAE 技术可以模拟真实的工况，并通过数学模型进行分析，可以更准确地预测材料的强度、零部件的变形等。

CAE技术

压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。

我们称这一过程为CAE 的后处理。

针对不同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。

CAE计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技术的提出就是要把工程（生产）的各个环节有机地组织起来，其关键就是将有关的信息集成，使其产生并存在于工程（产品）的整个生命周期。

因此，CAE 系统是一个包括了相关人员、技术、经营管理及信息流和物流的有机集成且优化运行的复杂的系统。

随着计算机技术及应用的迅速发展，特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，使计算机图形学（Computer Graphics，CG）、计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）与计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）等新技术得以十分迅猛的发展。

CAD、CAM已经在电子、造船、航空、航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具，展示了光明的前景，取得了巨大的经济效益。

计算机技术的迅速发展还推动了现代企业管理的发展，企业管理借助于管理信息系统的支持与帮助，利用信息控制国民经济部门或企业的活动，做出科学的决策或调度，从而提高管理水平与效益。

企业生产经营活动的各个环节，从工程的立项、签约、设计、施工（生产），一直到交工（交货），是一个连续的过程，有机的整体.编辑本段基本概念从广义上说，计算机辅助工程包括很多，从字面上讲，它可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。

这里主要是指CAE软件。

CAE软件可以分为两类：针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，称之为专用CAE软件;可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE软件。

机械设计基础了解机械设计中的CAE技术

机械设计基础了解机械设计中的CAE技术机械设计作为一门复杂而重要的学科，其涉及的技术不仅需要基本的设计能力，还需要了解并运用到一系列的辅助工具中。

计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计过程中起着重要的作用。

本文将介绍机械设计中的CAE技术及其在实际工程中的应用。

一、CAE技术概述CAE技术是利用计算机辅助工程软件来模拟和分析产品性能的一种方法。

它通过建立适当的数学模型，并利用数值分析的方法，对产品的结构、材料、工艺等进行模拟和分析，从而预测产品的性能并进行优化设计。

CAE技术在机械设计中的应用非常广泛，包括结构分析、热传导分析、流体力学分析等。

二、CAE技术在结构分析中的应用在机械设计中，结构的强度和刚度是非常重要的考虑因素。

CAE技术可以通过有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）来模拟和分析结构的应力、变形等性能。

首先，通过在计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）软件中建立结构的几何模型，然后将模型导入FEA软件中进行网格划分和材料属性定义。

最后，利用数值分析方法求解方程组，得到结构在不同工况下的应力和变形分布情况。

这些分析结果可以帮助设计师快速评估结构的安全性，并进行相应的优化设计。

三、CAE技术在热传导分析中的应用热传导分析是机械设计中另一个重要的方面。

在某些机械设备中，由于工作条件的不同，会产生大量的热量。

如果不合理处理这些热量，可能导致机械设备的过热，进而影响其正常运行。

CAE技术可以通过热传导分析来模拟和分析热场的分布情况，从而帮助设计师优化散热方案。

在热传导分析中，需要建立热传导方程和边界条件，并利用数值方法求解得到温度场的分布情况。

这些分析结果可以指导设计师选择合适的材料和散热方式，以提高机械设备的热传导性能。

四、CAE技术在流体力学分析中的应用流体力学分析在机械设计中也占据重要的地位。

第2讲CAE技术基本求解过程

*get,R_u2,NODE,Nd2,U,y !提取Nd2节点y方向位移
*get,R_u3,NODE,Nd3,U,y !提取Nd3节点y方向位移
*get,R_u4,NODE,Nd4,U,y !提取Nd4节点y方向位移
*if, Flag,EQ,3,then
nsort,s,eqv,0,0
!节点的Mises应力值排序
WF W 0
外力做的虚功
内力做的虚功
单元刚度矩阵
Lzh_CAE
K e BT DBdV
V
3. 能量变分原理方法
l）最小势能原理
弹性体受外力作用产生变形时
泛函
U W
系统总势能变形势能势能降低
函数的函数
用变分法求能量泛函的极值
方法就是能量变分原理
U W 0
虚功 TdV qe f e
Lzh_CAE
!设置密度
!* 建立关键点1-4
k,1,0,0 $ k,2,0,-a $k,3,0,-2*a $k,4,0,-3*a
!* 建立线L,1,2 $ L,2,3$ L,3,4 !建立线L1-L3
!* 网格划分
LESIZE,all, , ,100 !全部线均等分100段
LMESH,all
!全部线划分网格
第2讲
第2章 CAE技术基本求解过程
一、有限单元法基本知识二、线性分析有限元法的基本计算步骤三、非线性分类及有限元法基本流程
1 Lzh_CAE
一、有限单元法的基本概念
有限元分析（FEA）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

第二讲CAE技术发展及趋势

第二讲 CAE技术发展概况与趋势1、CAE技术的发展阶段时间利用计算机进行必要的分析计算, 从计算机一发明便开始了。

1953年, 人们开始运用收敛算法进行电力变压器的计算.其后, 由于有限元技术在喷气式飞机机翼结构中的成功运用(1956年),CAE 概念逐渐成形。

上世纪60年代,CAE技术处于探索时期。

因为当时的计算机的硬件内存少、磁盘的空间小、计算速度慢等特点,其分析的对象主要是航空航天设备结构的强度、刚度以及模态实验和分析问。

70～80年代是CAE技术蓬勃发展时期。

这一时期的CAE发展的特点:软件主要集中在计算精度、速度和硬件平台的匹配、计算机内存的有效利用及磁盘空间的利用。

有限元分析技术在结构分析和场分析领域获得了很大的成功。

使用者多数为专家且集中在航空、航天、军事等几个领域。

这些使用者往往在使用软件的同时进行软件的二次开发。

90年代是CAE技术成熟壮大阶段。

这一时期的CAE软件一方面与CAD软件紧密结合,另一方面扩展CAE本身的功能。

并将有限元技术与实验技术有机地结合起来, 开发了实验信号处理、实验与分析相关等分析能力。

经过了50多年的洗礼CAE技术已经逐步走向成熟,现今CAE技术作为一门新兴的学科走进了大学也成为各大企业在设计新产品的过程中必不可少的一环。

但对于CAE技术的用户企业和提供商而言,CAE技术仍然面临着使用复杂,工程师理论知识缺乏,缺少经验以及计算机硬件与软件结合等诸多问题。

2、CAE技术的层次化发展从发展层次看, CAE技术分析的特点,一方面是实现局部到整体的跨越,即从服务于细化设计的零部件分析迈向整体化系统分析；另一方面是从孤立的产品分析向产品、环境、人综合模拟的方向迈进.从这方面来考察, CAE分为数值计算、仿真模拟以及与虚拟现实(VR/Vi rtual Reality)技术相交汇的3个层次。

最初级的CAE分析是数字化手法, 包括分析零部件过程中所采用的数值算法和关系列式, 以及针对特定问题编制的软件包。