产品设计CAE有限元软件工程分析
CAE软件及其运用现状分析
CAE软件及其运用现状分析一、在工程设计中的应用：1.结构分析：CAE软件可以通过有限元分析方法对产品的结构进行强度、刚度等性能分析，并进行结构优化，提高产品的可靠性和安全性。
2.流体力学：CAE软件可以模拟液体和气体在管道、容器、风洞等中的流动行为，优化流体系统的设计和效率。
3.热传导：CAE软件可以分析热传导现象，并进行热交换器、散热器等热管理系统的设计和优化。
4.电磁场分析：CAE软件可以模拟电磁场的传播和分布情况，帮助设计电路、电感、变压器等电子产品。
二、CAE软件的特点：1.高度精确性：CAE软件基于数学模型和物理原理进行分析和仿真，具有高度精确性，可以准确预测产品在不同工况下的性能。
2.高效性和节省成本：使用CAE软件可以快速进行多种分析和优化，避免了繁琐的实验过程，减少了时间和成本的浪费。
3.多学科集成：CAE软件可以模拟多学科的物理现象，并进行多学科的集成分析，帮助工程师进行全面的设计优化。
4.交互性和可视化：CAE软件具有友好的用户界面和可视化结果展示，工程师可以直观地观察和分析产品的性能。
三、CAE软件的发展趋势：1.多物理场耦合分析：随着工程领域的不断发展，产品的设计越来越复杂，多种物理场之间的耦合效应也变得重要。
未来的CAE软件将更加注重多物理场之间的耦合分析和优化。
2.大规模计算能力：CAE分析需要进行大规模的数值计算，需要庞大的计算资源支持。
未来的CAE软件将更加注重提高计算能力和效率，以满足工程师复杂问题的分析需求。
3.智能化和自动化：未来的CAE软件将更加注重智能化和自动化的功能，通过模型预测和优化算法等技术，提供更精确、高效的分析和优化结果。
4.云计算和协同工作：云计算可以提供大量的计算资源，并实现CAE 软件在云端的远程使用和数据共享。
未来的CAE软件将更趋向于在云端进行分析和协同工作，提高工程师的工作效率和沟通效果。
总之，CAE软件的应用不断拓宽，涉及的行业和领域越来越广泛，未来的发展空间也非常广阔。
cae的主要方法
cae的主要方法
CAE（Computer-Aided Engineering，计算机辅助工程）是一种结合计算机技术和工程学知识的工程模拟方法。
它利用计算机模拟和分析工具来预测和评估产品在实际使用情况下的性能和行为，以优化设计和提高产品质量。
CAE的主要方法包括以下几个方面：
1. 有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）：将复杂的工程结构分割成有限数量的小元素，通过建立数学模型，利用计算机运行复杂的方程求解器，预测产品在应力、应变、振动等方面的性能和行为。
2. 计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）：通过数值模拟和数学解法，分析和预测液体或气体在工程系统中的流动、传热、压力等性能。
3. 多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，MDA）：模拟和分析多体系统中物体的运动和相互作用，如汽车悬挂系统、机器人运动学和动力学。
4. 优化设计：通过数学建模和计算方法，自动搜索和优化设计参数，以满足给定的性能指标和约束条件。
5. 可靠性分析：通过建立可靠性模型，分析和评估产品在使用寿命和环境变化下的可靠性。
6. 结构优化：通过改变材料和结构的拓扑形状、尺寸和布局等设计参数，实现结构体积和重量的降低、刚度和强度的提高。
这些方法都依赖于数学建模、数值分析和计算机仿真技术，用于预测和评估产品的性能、耐久性、可靠性和安全性。
通过CAE方法，工程师可以在产品开发早期就发现和解决问题，减少试验和制造成本，提高产品的质量和竞争力。
几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解
几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种数值计算方法，用于求解结构、固体力学、热传导和流体力学等领域中的工程问题。
它通过离散化技术将复杂的连续体问题转化为一个有限数量的单元问题，再通过求解这些单元的代数方程组得到整个问题的近似解。
在工程领域，有限元分析常常被用来进行结构强度、振动、疲劳和优化分析等。
下面将介绍几个常见的有限元分析软件，包括ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA和SolidWorks Simulation。
1.ANSYSANSYS是一款全面的有限元分析软件，包含了结构分析、流体动力学、电磁场分析和耦合多场分析等功能。
它具有强大的前后处理功能和丰富的材料模型库，可以模拟各种复杂的物理现象。
ANSYS还提供了多种优化算法，用于进行结构和材料参数的优化设计。
它广泛应用于航空航天、汽车、能源和电子等领域。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于工程和科学领域的有限元分析软件，主要用于求解复杂的结构、流体和热力学问题。
它具有强大的建模和求解能力，支持线性和非线性分析。
ABAQUS还提供了各种完整的元件库和材料模型，同时支持多学科的耦合分析。
它适用于多种工程和科学领域，如航空航天、汽车、生物医学和材料科学等。
3.LS-DYNALS-DYNA是一款专注于动力学和非线性问题的有限元分析软件，用于模拟高速碰撞、爆炸和弹道问题等。
它具有优秀的显式求解器和平行计算能力，能够处理大型和复杂的模型。
LS-DYNA还提供了丰富的材料模型和接触算法，支持多物理场耦合。
它适用于汽车、航空航天、国防和地震等领域。
4. SolidWorks SimulationSolidWorks Simulation是一款基于SolidWorks CAD软件的有限元分析工具，用于进行结构和流体力学分析。
它提供了友好的用户界面和强大的建模和分析功能，能够快速进行设计验证和性能优化。
CAE课有限元分析理论基础
类型。
精度要求
03
根据问题对精度的要求，选择足够高阶的有限元以保证求解精
度。
常用有限元的介绍
四面体有限元
适用于解决三维问题，具有较高的计算效率 和适应性。
壳体有限元
适用于解决薄壁结构问题，能够模拟结构的 弯曲和变形。
六面体有限元
适用于解决二维和三维问题，精度较高但计 算效率较低。
梁有限元
适用于解决细长结构问题，能够模拟结构的 轴向拉伸和弯曲。
CAE课有限元分析理论基础
目 录
• 引言 • 有限元分析的基本原理 • 有限元的分类和选择 • 有限元分析的实现过程 • 有限元分析的应用实例 • 结论与展望
01 引言
目的和背景
目的
有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，用于解决复杂的工程问题，如结构 分析、热传导、流体动力学等。本课程旨在使学生掌握有限元分析的基本原理 和应用。
弯曲有限元
适用于解决大变形问题，如结 构动力学、流体动力学等。
非线性有限元
适用于解决非线性问题，如塑 性力学、断裂力学等。
耦合有限元
适用于解决多物理场耦合问题 ，如流体-结构耦合、电磁-热
耦合等。
有限元的选择
问题特性
01
根据问题的物理特性、边界条件和求解精度要求选择合适的有
限元类型。
计算资源
02
考虑计算资源的限制，选择计算效率高、内存占用小的有限元
04 有限元分析的实现过程
建立模型
确定分析对象和边界条件
首先需要明确分析的对象和所受的边界条件， 这是建立有限元模型的基础。
几何建模
根据分析对象的特点，利用CAD软件建立几何 模型。
模型简化
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技术的运用随着汽车行业的发展和科技的进步，汽车产品的设计和制造已经逐渐转向了计算机辅助工程（CAE）技术。
CAE技术是一种利用计算机进行仿真分析和优化设计的技术，它在汽车产品的设计制造过程中发挥着至关重要的作用。
本文将探讨CAE技术在汽车产品设计制造中的应用，以及它对汽车产品质量和性能的影响。
CAE技术在汽车产品设计制造中的应用主要有以下几个方面：结构分析、流体力学分析、热传递分析、振动分析等。
通过这些分析，工程师可以在计算机上模拟汽车产品在不同工况下的性能表现，从而优化设计方案，提高汽车产品的质量和性能。
在汽车产品的结构设计中，CAE技术可以帮助工程师进行有限元分析，通过对汽车车身、底盘、车门等部件的受力分析，寻找设计方案中的弱点，避免设计方案的局部过度强度或者不足，保证汽车在使用过程中的安全性和稳定性。
通过结构分析，工程师还可以优化汽车的材料选择和结构设计，降低汽车的重量，提高汽车的燃油经济性和安全性。
在汽车产品的流体力学分析中，CAE技术可以帮助工程师对汽车的气动性能进行仿真分析，包括车辆的气动阻力、气流分离、气流噪音等。
通过流体力学分析，工程师可以优化汽车的外形设计，降低汽车的气动阻力，提高汽车的燃油经济性和行驶稳定性，减少风噪和提高车内舒适度。
在汽车产品的热传递分析中，CAE技术可以帮助工程师对汽车的冷却系统、发动机热管理系统、空调系统等进行仿真分析。
通过热传递分析，工程师可以优化汽车的冷却系统和空调系统，确保汽车在高温环境下的热稳定性，提高汽车的发动机效率，延长汽车的使用寿命。
CAE技术在汽车产品设计制造中的应用，不仅可以帮助工程师优化设计方案，提高汽车产品的质量和性能，还可以减少汽车产品的开发成本和时间。
汽车制造企业和工程师应该积极推广和应用CAE技术，提高汽车产品的竞争力和市场占有率。
汽车制造企业还应该加强对工程师的CAE技术培训，提高工程师的仿真分析能力，使CAE技术更好地服务于汽车产品的设计制造。
cae与有限元分析解析
cae与有限元分析解析在现代工程设计领域，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）和有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）解析是两种不可或缺的工具。
它们可以为设计工程师提供准确、有效的技术支持，从而提高产品的可靠性和可持续性。
CAE是借助计算机技术来辅助工程设计的一种方法。
它涉及多个领域，如结构力学、流体力学、热力学和电磁学，能够预测产品性能并进行设计优化。
CAE可以模拟真实环境中的场景，例如承受荷载或受到碰撞等情况。
设计师可以使用CAE模型来预测产品在遇到这些情况时的行为，并进一步优化设计。
FEA是CAE领域中的一个常见分支。
它是一种数值算法，可以用于模拟结构、流体、热和电问题中的物理现象。
FEA可以将复杂的工程流程简化成简单的线性和非线性方程，并用计算机软件来解决。
FEA程序可以生成2D和3D模型，并通过应变、力等场值来分析其性能。
得到负载和反馈信息后，设计师可以做出相应的改进。
和其他建模方法相比，FEA的最大优点是其细节层面的分析能力。
FEA可以模拟大量不同结构的应力和应变状态，包括复杂设计中的混合材料。
它还能够对所有结构组件执行高级的力学和热学分析。
这种方法还可以提供许多其他带来的优势，如减少模型误差、提高设计安全等。
虽然有许多表明这种方法的好处，但FEA同样存在一些挑战。
设计师必须对数值方法具有充分的理解，并了解FEA程序中所使用的技巧和策略。
用户还需要应对外部因素的影响，比如温度对材料性能的影响。
因此，如果工程师没有经验或知识水平较低，则可能会遇到许多问题。
在设计产品过程中，使用CAE和FEA可以最大化减少设计过程中的错误，并增强工程估算的准确性。
由于这些工具的广泛应用，工程师们再次获得作为真正的技术专家的机会。
他们可以快速、准确地模拟并分析产品的性能，以提供安全、可靠并高效的产品。
总之，CAE和FEA解析作为现代工程设计领域的关键工具，已经得到了广泛的应用。
cae分析报告
cae分析报告CAE分析报告。
一、背景介绍。
CAE（Computer-Aided Engineering）即计算机辅助工程，是利用计算机仿真技术对工程问题进行分析和解决的一种方法。
它可以在产品设计的早期阶段就对产品的性能进行评估，从而提高产品的质量和效率。
本报告旨在对某产品的CAE分析结果进行详细报告，以便后续工程师和设计师们对产品进行改进和优化。
二、分析方法。
在本次分析中，我们使用了有限元分析（FEA）和计算流体动力学（CFD）两种主要的CAE分析方法。
有限元分析用于对产品的结构强度、刚度和振动特性进行评估，而计算流体动力学则用于分析产品的流体流动、传热和压力等特性。
通过这两种方法的综合分析，可以全面地了解产品的性能和特性。
三、结构强度分析。
通过有限元分析，我们对产品的结构强度进行了评估。
结果显示，在受力情况下，产品的各个部位都能够承受相应的载荷，不存在明显的应力集中现象。
同时，我们也对产品的刚度进行了分析，发现在受力情况下，产品的变形较小，刚度较高，能够满足设计要求。
四、振动特性分析。
除了结构强度分析，我们还对产品的振动特性进行了评估。
结果显示，在受到外部激励时，产品的振动频率和振幅均在合理范围内，不会对产品的正常使用造成影响。
这对于产品的可靠性和稳定性具有重要意义。
五、流体流动分析。
在计算流体动力学分析中，我们对产品的流体流动特性进行了评估。
通过模拟不同工况下的流体流动情况，我们发现产品的流体流动较为稳定，压力分布均匀，传热效果良好。
这为产品的优化设计提供了重要参考。
六、总结。
综上所述，通过本次CAE分析，我们全面地了解了产品的结构强度、振动特性和流体流动特性。
通过对分析结果的综合评估，我们可以为产品的改进和优化提供重要参考。
在今后的产品设计过程中，CAE分析将继续发挥重要作用，帮助我们不断提升产品的质量和性能。
七、参考文献。
1. Smith, J. (2018). Introduction to Finite Element Analysis. New York: McGraw-Hill.2. Jones, L. (2017). Computational Fluid Dynamics in Engineering. London: Springer.以上为本次CAE分析报告的内容，希望能为产品的改进和优化提供有益的参考。
有限元与CAE分析
Ansys 静力分析一、问题提出主要参数：E=30GPa §=0.26 F=(8-Y)*170220 N二、建模步骤1、单元属性设置（1）单元类型选择。
由实验内容知所分析的对象是平面应力应变问题，可选择solid，8节点类型。
运行ansys软件，进入前处理界面单击Preprocessor –Element Type-双击Add/Edit/Delete-Add选择Solid-8node 183，然后单击ok按钮-close，如图1所示：图1（2）材料属性。
定义恒定的各向同性材料属性，选择Preprocessor-Material Props-Material Models-Structural-Linear-Elastic-Isotropic,设定EX值为30e9,PRXY 值为0.26，如图2所示：，然后单击ok-Material-Exit图22.、创建模型选择Preferences-Modeling-Create-Keypoints-In Active CS，创建8个点的坐标分别是1(0,0),2(5,0),3(5,3),4(3,11),5(1,11),6(1,8),7(1,3),8(0,3);结果如图3所示：图3依次连接各点创建面Preferences-Modeling-Create-Areas-Arbitrary-Through KPs，如图4、图5所示图43、网格划分本例采用自由网格划分：Preprocessor-Meshing-Mesh-Areas-Free，效果图如上图：图54、施加载荷（1）自由度约束。
约束模型底边以及与底边相邻两边的全部自由度；Preprocessor-Loads-Define Loads –Apply-Structural-Displacement-On Lines，如图6图6（2）加载力。
在点6,7的线上加载变力；Preprocessor-Loads-Define Loads –Apply-Functions-Define/Edit在等号后输入8*170220-170220*{Y}，保存到指定文件夹并读取。
CAE与有限元分析解析
CAE与有限元分析解析
有限元分析是一种数学建模方法，旨在通过将复杂结构分割为离散化
的更简单的单元，利用线性或非线性的方程求解方法，对结构力学、热力学、流体力学等问题进行分析和预测。
有限元分析的关键步骤包括离散化、建立总体强度方程、构建单元的局部坐标系、形函数和单元刚度矩阵的导出、组装方程和求解等。
有限元分析广泛应用于机械、航空航天、建筑、能源、汽车等领域中
的结构、流体和热力学问题。
例如，在机械工程中，可以通过有限元分析
来评估零件和结构的强度、刚度和振动特性，从而优化设计方案并提高产
品的性能和可靠性。
在建筑设计中，可以使用有限元分析来确定建筑物的
稳定性和结构安全等。
在能源领域，可以通过有限元分析来优化燃烧流动
和传热过程，提高能源利用效率。
CAE方法通过数值模拟和计算方法，可以在产品设计的不同阶段提供
准确的工程分析和预测。
通过CAE，工程师可以实现更快速、更高效的产
品设计、优化和验证，减少了实验测试的需要，降低了成本和开发周期。
总之，有限元分析和CAE是现代工程设计和分析中不可或缺的数学建
模和仿真方法。
有限元分析是CAE的一个重要组成部分，通过对结构和物
理系统的连续域进行离散化，用数学模型描述系统的动力学特性。
CAE则
是更广义和综合的概念，包括了有限元分析、计算流体动力学、优化设计、设计验证和模拟等多个方面，旨在通过计算方法和工具来支持工程师在产
品设计和开发过程中的各个阶段进行虚拟测试和仿真。
CAE常用软件介绍
CAE常用软件介绍1.ANSYSANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，提供了多种分析模块，包括结构力学、流体力学、电磁场分析等。
它可以模拟和优化各种物理现象和工程应用，如风力发电机设计、汽车车身强度分析等。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于结构、流体和耦合场问题的有限元分析软件。
它拥有先进的非线性和动态分析功能，适用于复杂的工程结构和材料力学问题的建模和分析。
3.CATIACATIA是一款综合性的CAD/CAM/CAE软件，广泛用于制造业和工程设计领域。
它提供了丰富的建模和分析工具，可用于设计和优化各种产品和系统，如飞机、汽车和工业机械等。
4. SolidWorksSolidWorks是一种基于特征的CAD软件，也提供了强大的CAE功能。
它可以进行结构、流体和热传导等多学科仿真分析，并提供了友好的用户界面和直观的建模工具，方便工程师进行设计和分析。
SOLCOMSOL Multiphysics是一款多物理场仿真软件，可用于求解结构力学、流体力学、电磁场和热传导等多学科问题。
它采用有限元方法和其他数值方法，适用于各种工程领域的模拟和优化。
6. MSC NastranMSC Nastran是一款广泛应用于结构力学和动力学分析的有限元软件。
它支持多种线性和非线性分析，可用于求解复杂的结构静力学、动力学和疲劳分析问题。
7. HyperMeshHyperMesh是一款用于前期建模和网格生成的软件，适用于各种CAE分析工作。
它提供了丰富的建模和网格处理工具，可以有效地准备复杂模型进行后续分析。
8.LS-DYNALS-DYNA是一款用于仿真和分析动力学和非线性问题的有限元软件。
它广泛应用于汽车碰撞、弹性体碰撞和爆炸等复杂动态仿真问题。
以上介绍的CAE软件只是其中的一部分，随着技术的不断发展，新的CAE软件不断涌现。
每种软件都有其特定的优势和适用领域，工程师可以根据具体问题的需求选择合适的软件进行分析和优化。
CAE与有限元分析
CAE的成功案例
波音777的研发过程中采用CAE数字化样机技术，节省 了大量物理样机试飞次数，仅一次试飞即获得成功，每次 物理样机实验需花费1亿美元
CAE技术在汽车工业中的应用，使新车开 发周期由原来的5~6年缩减到现在的1~2年
在机械工程中的应用
在土木工程中的应用
在航空工程中的应用
在电子工程中的应用
强大的非线性功能、能做直接流固耦合
强大的非线性复杂动态问题求解器，专门汽车分析模 块，
CAE实现基本过程
1、将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有 限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为 由有限个单元组合的等效组合体；
2、通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量 (应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有 限的单元节点上的场变量值。
• 基于多体系统动力学的虚拟样机技术：针对复杂机械系统的整机性能优化技术。 所建立的复杂机械系统包括机-液-控的耦合。商业分析软件包括 ADAMS,SIMPACK,DADS…
CAE应用现状
现有先进产品开发技术包括: CAD /CAE /CAM /
PLM( Product Lifecyele Management ) CAD已普及（要求每个工程师必须掌握） CAM /PLM 仍处于研发阶段 CAE在发达国家及一些大公司中利用CAE技术优化产品设计 以降低成本，缩短研发周期已达80%~95% CAE 的应用已含盖机械工程的各个方面（包括运动分析，动 力学分析，强度及稳定性分析，液压传动分析，振动和噪声的 控制等） CAE方面的专业人才短缺（包括发达国家）
CAE的相关软件
软件名称
Hyperworks
软件描述
主要做前处理（分单元加载荷加约束）和后处理（看 输出结果和仿真）
有限元与CAE分析报告
压力容器结构静力分析一、问题提出某高压容器设计压力P=16MPa，设计温度T=200℃，材料为16MnR。
筒体内径R1=775mm，壁厚T1=100mm，封头内径R2=800mm，厚度T2=48mm，筒体削边长度L=95mm，长LC=1200mm，几何形状如图所示，试对该压力容器筒体与封头的连接区域进行应力分析二、建模步骤图11 定义工作文件名依次单击Utility Menu>File>Change Jobname，在出现的对话框中输入：example，在“New Log and error files”处选中“yes”，单击“OK”。
依次单击Utility Menu>File>Change Title，在出现的对话框中输入学号：1245523106，单击OK，点击Plot>Replot2设置分析环境并定义单元类型1)在主菜单选择Preferences命令，弹出2图，选择Structural，单击OK。
图 22)依次单击Main Menu>Preprocessor>Elementtype>Add/Edit/Delete，出现对话框，单击“Add”，出现一个“Library of Element Type”对话框，。
在“Libraryof Element Type”左面的列表栏中选择“Structural Solid”，在右面的列表栏中选择“Quard 8node 183”，单击“OK”，如图3.图33）在通用菜单中选择Paramenter>Scalar Paramenter命令，弹出参数设置对话框，在框中输入如下参数：R1=775、T1=100、R2=800、T2=48、L=95、LC=1200、P=16、E=2E5、NU=0.3、NT=5、NS=30、NC=30、NL=5、RA=0.6。
结果如图4所示。
图43 设置材料属性依次单击Main Menu>Preprocessor>MaterialProps>Material Modes，出现“Define Material ModelBehavior”对话框，在“Material Model Available”下面的对话框中，打开“Structural>Linear>Elastic>Isotropic”,出现对话框，输入弹性模量EX ＝E，泊松比PRXY＝NU，单击“OK”，关闭对话框。
CAE与有限元分析解析
2、扫描法 规则形体由某种基平面在空间扫描运动而构成的三维实体，或者是由 基准曲线扫描而 利用与成的空间曲面。首先在基平面上生成平面网 格，或在基准曲线上生成结点。然后将基平面或基准曲线变换到若干 个特定位置上，即网格分格面或分格线处，从而得到一批新的结点， 并连接结点形成单元。扫描运动轨迹可以是多种曲线，从而形成多种 扫描体或曲面。基平面还可以在扫描运动的同时转动、缩放，使扫描 种类更加丰富。扫描法对于某些类型的物体（如轴对称体）特别方便 ，但适用范围有限。
直接对原始实体划分网格的方法
1、自由网格法 主要是各种三角化方法和几何分解法。三角化方法能够有效地生成平面 三角形单元或三维实体的四面体单元。但是这两种单元的计算精度低， 因而不能完全满足有限元分析的要求。近年来已提出一些自动生成平面 四边形单元网格的算法，基本是采用基于某些规则的几何分解方法。但 是这些方法还未推广到三维实体。 2、四分法和八分法 两种方法分别用于二维平面和三维实体，其基本做法是一致的：首先确 定一个包含给定物体的最小正方形或最小正方体然 后将四等分或八等 分为子正方形或子正方体或依次判断与的包含关系。处在外的被抛弃； 处在内的最后形成单元。与相交的在继续分割成下一层次的子正方形或 子正方体后，仍将与作包含关系判断。上述四等分或八等分逐次进行到 长达到规定的单元边长为止。边界上的要进行修正，以符合边界形状。 四分法已较为成熟，但八分法中的三维体素关系判断和边界修正（特别 是保证边界单元质量）是比较困难的。
有限元分析基本步骤
数据输入阶段，输入以下数据
1、控制数据：如结点总数、单元总数、约束条件 总数等 2、结点数据：如结点编号、结点坐标、约束条件 等 3、单元数据：如单元编号、单元结点序号、单元 的材料特性、几何特性等 4、载荷数据：包括集中载荷、分布载荷等
CAE各软件介绍全解读
CAE各软件介绍全解读1.ANSYS：ANSYS是一款功能强大的工程分析软件，可用于结构、流体、电磁和多物理场等领域的仿真与分析。
它提供了广泛的数值方法和物理模型，能够实现从材料特性分析到整个产品性能优化的全过程。
它的模拟范围非常广泛，包括有限元分析、热传导分析、流体计算、电磁场分析等。
2. SolidWorks Simulation：SolidWorks Simulation是SolidWorks CAD软件的附带模拟分析工具，它能够进行结构分析、动力学分析、热传导分析等，帮助工程师在设计阶段就进行仿真和优化。
它具有友好的用户界面和直观的操作方式，适用于中小型企业和个人工程师进行产品仿真和设计验证。
3. CATIA：CATIA是达索系统公司开发的一款CAD/CAE/CAM软件平台，主要应用于航空航天、汽车等产业的产品设计与开发过程。
它包括模型设计、装配设计、工程分析等多个模块，提供了完整的产品生命周期管理解决方案。
CATIA的核心模块包括Part Design、Assembly Design、Surface Design、Generative Shape Design等。
4. Pro/ENGINEER：Pro/ENGINEER是PTC公司开发的一款三维CAD/CAM/CAE软件，通过集成专业的建模、装配、制图和仿真工具，帮助工程师实现从概念设计到细节设计的全过程。
它支持多种分析技术，如有限元分析、动力学仿真、优化设计等。
此外，Pro/ENGINEER还具备多用户协作和全球远程设计管理的能力。
5. MSC Nastran：MSC Nastran是一款广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域的有限元分析软件。
它提供了丰富的数值方法和高级的模拟功能，可以进行结构、流体、声学和热传导等多物理场仿真。
MSC Nastran还支持多学科优化，能够帮助工程师实现设计的最佳性能。
6.ABAQUS：ABAQUS是达索系统公司开发的一款广泛应用于工程计算的有限元分析软件。
cae在现代产品设计中的作用和价值
cae在现代产品设计中的作用和价值
1. CAE的意义
在现代产品设计中，计算机辅助工程（Computer Aided Engineering, CAE）在产品研发中的作用愈发重要。
CAE能在设计阶段快速模拟出产品的性能、可靠性和耐用度，帮助企业节约时间和成本，降低风险，提升竞争力。
2. CAE的类型
CAE主要分为三类：有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）、计算流体力学（Computational Fluid Dynamics， CFD）和多
体动力学（Multibody Dynamics， MBD）。
其中，FEA主要用于分析产品的受载情况和材料力学性质。
CFD用
于分析产品的流体力学性能，如流量、压力、温度等。
MBD则主要用于分析产品的运动学性质，如加速度、速度、位移等。
3. CAE的价值
通过CAE，企业可以预测产品性能，快速优化设计，将产品推向
市场前沿。
CAE的精准性和可重复性可以帮助企业降低试验成本和风险。
同时，CAE还可以提供实时数据反馈，使设计人员可以快速地调整产品设计以满足客户的需求和市场的变化。
CAE应用在产品研发中的好处是显而易见的。
通过CAE，企业可以大大提高产品质量，降低开发成本和时间，增强产品的可靠性和耐久性，从而使产品更有市场竞争力。
产品设计CAE有限元分析基础概述PPT教案
变分法
形状优化、逆问题
线性问题、静力分析
非线性问题、动力分析
非线性接触碰撞，断裂 力学耦合问题
平面和复杂空间问题
ASK、MSC、Nastran、MARC、 ANSYS、SAP NISA II等
MSC.Patran、MSC.Dytran、 MSC/XL、ADINA、PAMCRASH、COSMOS/M等
产品设计CAE有限元分析基础概述
会计学
1
第九章 产品设计中的计算机辅助工程（CAE）技术
计算机辅助工程CAE
计算机辅助工程(Computer Aided Engineering，CAE)主要以有限元分析技术为 基础，综合了迅速发展中的计算力学、计算 数学、相关的工程管理学与现代计算技术而 形成的一门综合性、知识密集型的学科。其 相关的软件称为CAE软件。CAE软件能够对 特定产品进行性能分析、预测和优化，也可 以对通用产品进行物理、力学性能分析、模 拟、预测、评价和优化，以实现产品的技术 创新。
4
有限元法的基本概念
有限元分析 有限元分析（FEA，Finite Element
Analysis）是用较简单的问题代替复杂问题后再 求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的 小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适 的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总 的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问 题的解。有限元是那些集合在一起能够表示实 际连续域的离散单元。
u3
qa 2 EA
对于节点3，λ2=1
-
u2
2u 3
u4
qa2 EA
14
有限元法的基本概念
2) 有限元求解实例
对于结点4．可以有两种处理方法。 ① 直接用第3个单元的内力与结点4上的载荷建立平衡方程
CAE信息化软件在产品研发中的应用
C A E信息化软件在产品研发中的应用C A E（计算机辅助工程）分析是采用虚拟分析方法对结构（场）的性能进行模拟（仿真），预测结构（场）的性能，优化结构（场）的设计，为产品研发提供指南，为解决实际工程问题提供依据。
有限元分析（F E A）是以计算机为工具的数值计算分析方法。
有限元分析是C A E的重要组成部分，C A E信息化软件的应用首先是从有限元分析开始的。
1965年，美国的大型通用有限元分析程序M S C.N A S T R A N首先应用于航空航天。
1975年，国内开始举办有限元学习班。
1980年，美国的有限元结构分析程序S A P5引进我国，有限元分析开始在我国推广，逐渐成为产品研发的重要工具。
有限元分析在优化结构设计、提升产品质量、减少试验样品、缩短产品研发周期、降低产品成本等方面发挥了巨大作用，取得了明显的经济效益。
有限元分析应用的发展与计算机软件和硬件的发展密切相关。
在有限元分析应用的初期，有限元分析程序没有前、后处理的功能，后来有限元分析有了前、后处理，其功能也在不断完善。
在有限元分析没有前、后处理功能的情况下，有限元分析模型的建立和计算结果的整理都是由人工完成的。
从1995年开始，国际上先进的三维计算机辅助设计（C A D）软件（U G，P R O/E等），和具有前、后处理功能的大型通用有限元分析程序先后引进我国，设计人员实现了从二维制图到三维设计的转变。
有限元分析人员可以在结构件的三维实体几何图形上比较方便地用前处理划分网格，建立有限元模型，在计算机求解完成后用后处理显示计算结果，计算结果的可视化（动画显示）使计算结果一目了然。
有限元分析和前、后处理功能不断发展和完善，越来越自动化和智能化，有限元分析计算结果的精度也在不断提升。
以前计算机硬件落后、资源有限，有限元分析只好采用超单元和子结构的方法对大题目进行分析。
由于计算机的硬件在不断更新换代，以前的计算机已被淘汰，有限元分析已开始广泛使用新的高档微机、工作站、服务器或巨型机。
cae工程师 职责
cae工程师职责CAE工程师职责CAE（Computer-Aided Engineering）工程师是指利用计算机辅助工程技术进行工程设计与分析的专业人员。
他们在产品设计和研发过程中扮演着重要的角色。
下面将介绍CAE工程师的职责和工作内容。
1. 产品设计支持：CAE工程师利用计算机辅助工程软件，对产品进行设计和模拟分析。
他们可以根据不同的需求和要求，通过调整产品的几何形状、材料属性和工艺参数等，来优化产品的性能和功能。
2. 数值分析：CAE工程师使用有限元分析（FEA）等数值分析方法，对产品的结构、热流、流体力学等进行模拟和分析。
通过数值计算和仿真，他们可以预测产品在不同工作条件下的性能和行为，并对设计进行优化。
3. 产品可靠性评估：CAE工程师可以通过模拟产品在各种工作条件下的使用情况，评估产品的可靠性和寿命。
他们可以分析产品的强度、刚度、疲劳寿命等关键参数，为产品的改进和升级提供依据。
4. 故障分析和优化：当产品出现故障或性能不达标时，CAE工程师可以利用CAE工具和技术，对故障原因进行分析和诊断。
他们可以通过模拟和仿真，找出故障点并提出改进措施，以提高产品的可靠性和性能。
5. 制造工艺优化：在产品设计过程中，CAE工程师可以与制造工程师合作，对产品的制造工艺进行优化。
他们可以通过模拟和分析，评估不同的生产工艺对产品质量和成本的影响，并提出改进建议。
6. 新技术应用：CAE工程师需要关注行业的最新技术和发展趋势，将其应用到产品设计和分析中。
他们可以探索新的仿真方法和工具，提高工作效率和分析精度。
7. 报告和沟通：CAE工程师需要编写和撰写分析报告，将分析结果和建议向项目团队和管理层进行沟通。
他们还需要与其他工程师和相关部门进行协调和合作，共同解决设计和分析中的问题。
8. 持续学习：作为工程技术领域的专业人员，CAE工程师需要不断学习和更新知识。
他们需要了解最新的CAE工具和技术，提高自己的技能和能力。
cae在现代产品设计中的作用和价值
cae在现代产品设计中的作用和价值CAE在现代产品设计中的作用和价值CAE（计算机辅助工程）是一种利用计算机技术进行工程分析和设计的方法，它在现代产品设计中扮演着重要的角色。
CAE可以帮助设计师在产品设计的早期阶段就进行各种分析和模拟，从而提高设计效率、降低成本、缩短开发周期，同时还可以提高产品的质量和可靠性。
CAE可以帮助设计师进行各种分析和模拟，如结构分析、热分析、流体分析等。
通过这些分析和模拟，设计师可以更好地了解产品的性能和特点，从而进行更加精确的设计。
例如，在汽车设计中，CAE可以帮助设计师进行碰撞分析，从而提高汽车的安全性能；在飞机设计中，CAE可以帮助设计师进行气动分析，从而提高飞机的飞行性能。
CAE可以提高设计效率、降低成本、缩短开发周期。
传统的产品设计需要进行大量的试验和实验，这不仅费时费力，而且成本高昂。
而CAE可以通过模拟和分析来预测产品的性能和特点，从而减少试验和实验的次数，降低成本，缩短开发周期。
例如，在手机设计中，CAE可以帮助设计师进行电磁兼容分析，从而减少试验和实验的次数，降低成本，缩短开发周期。
CAE可以提高产品的质量和可靠性。
通过CAE的分析和模拟，设计师可以更好地了解产品的性能和特点，从而进行更加精确的设计。
这样可以避免产品在使用过程中出现各种问题，提高产品的质量和可靠性。
例如，在电子产品设计中，CAE可以帮助设计师进行热分析，从而避免产品在使用过程中出现过热问题，提高产品的可靠性。
CAE在现代产品设计中扮演着重要的角色。
它可以帮助设计师在产品设计的早期阶段就进行各种分析和模拟，从而提高设计效率、降低成本、缩短开发周期，同时还可以提高产品的质量和可靠性。
随着计算机技术的不断发展，CAE在产品设计中的作用和价值将会越来越重要。
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，对变形大的物体进行全六面体网格的动态重分更为困难。因此，在
这些场合大多采用全四面体网格，因为四面体网格对复杂形状的适应
性强，容易实现动态重分。在平面问题中，采用四边形与三角形单元
混用的情况较为常见．但三维问题中却不能直接将六面体单元与四面
体单元混合使用，在六面体与四面体之间要采用一层金字塔形(五面体)
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理(壳单元)
与平面单元类似，壳单元的形状有三角形与四边形两种，其中 四边形单元的四个角点不一定共面。壳单元中的位移可以分解为两 个部分：其一是由于节点位移而引起的位移，对于中面及平行于中 面的各层，该位移是相同的，与该位移相关的形函数与平面单元的 相应形函数是相同的；其二是由于节点处的“法线”(或称为节点矢 量)绕着与其自身一起构成一个直角坐标系的另外两个轴发生转动， 在偏离中面的各层材料中引起的附加位移。在中面的上下两侧，该 项位移的方向相反，其大小则与各层与中面的距离成比例，这是一 种沿厚向呈线性分布的弯曲变形形式。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
前处理是指创建实体模型及有限元模型。一般包括实体模型的 创建，单元属性的定义，有限元网格的剖分等内容。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
(2) 单元属性定义 单元属性指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征。具体 说来单元属性的定义主要包含两个方面的工作，一个是材料属性的 定义，另一个是单元类型的选择。 ① 材料属性的定义 材料属性的定义包含的内容有：各个物理量的单位；材料各向同 性或各向异性定义；材料力学、物理常数定义，如弹性力学问题中 的杨氏模量、泊松比的定义，热分析中输入的热传导系数等。
与位移的分解相对应，壳单元的应变也可以分解为两个部分：其 一是出于节点的位移而引起的中面的变形，这就如同一张没有厚度 的膜在外力作用下发生的面内拉伸、压缩和剪切变形．所以又称为 膜应变；其二是由于节点处的“法线”转动而引起的弯曲应变。对 于Mindlin壳，由于法线转动后不再垂直于中面，所以，在壳中还会 引起沿厚度方向(称为横向)的剪切应变。
形特点，也可以采用平面单元进行一些初步的分析，以便
对问题有一个初步的了解，有助于指导详细的建模和分析
。对于一般的三维模型，只能用实体单元。对于板料成形
等问题，由于工件的厚度与面内尺寸相差悬殊，应该采用
板壳单元。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
a) 线单元 线单元有以下几种：梁单元——用于梁构件、薄壁管件、C型截 面构件、角钢、或者狭长薄膜构件（只有膜应力和弯曲应力的情况 ）等模型；杆单元——用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和桁架等模型 ；弹簧单元——用于弹簧、螺杆或细长构件以及通过刚度等效代替 的复杂结构等模型。
利于对不规则三维空间区域进行全自动网格剖分，因此得到了广泛的
应用。但空间中四面体的拼合较复杂，剖分中容易出错、也不容易直
观地理解。由于四面体单元为常应变单元，而六面体单元中应变呈线
性变化，因此采用六面体单元精度更高，对于形状比较规则的物体应
尽量采用六面体单元。但形状复杂的物体难以进行全六面体网格剖分
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
前处理是指创建实体模型及有限元模型。一般包括实体模型的 创建，单元属性的定义，有限元网格的剖分等内容。
(1) 实体模型的建立 一般的CAE软件都是提供简单的几何造型功能．可满足几何形
状简单的物件建模需要。形状复杂的物件的几何模型可以在CAD 系统中生成，利用分析软件的IGES等文件接口读入。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
c) 体单元
与平面单元主要有三角形和四边形这两种形状相类似，对三维物体
进行离散化所采用的体单元主要有四面体和六面体两种形状，后两种
单元之间的差别与前两种单元之间的差别也是十分相似的。四面体单
元不仅能适应多种复杂边界形状，而且容易实现网络密度的变化，有
攀枝花学院 产品设计2
主讲人：曾富洪
9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
CAE有限元分析软件包含三个组成部分：前 处理部分——创建或读入几何模型，定义材料属 性和划分有限元网格（产生单元及单元节点）； 有限元解算部分——施加载荷及载荷选项、设定 约束条件和有限元方程求解；后处理部分——分 析结果的查看和分析。
单元进行过渡。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理 d) 壳单元
板和壳都用来描述薄结构，只是板的中面是平面，而壳的中面 可以是任意的曲面。在模拟板料成形过程时，为了改善计算精度， 提高计算效率，通常采用壳理论进行公式化，可将板看作壳的一种 特殊情况。在工程中，当壳体的厚度与中面的曲率半径之比小于1 ／20时，即当作薄壳处理。薄壳理论是建立在两个克希荷夫假定 的基础上的。这两个假定是： •变形前垂直于中面的法线在变形后仍然是直线，与变形后的中面 保持垂直，称为直法线假定； •垂直于中面方向的应力与其他应力相比可以忽略不计。
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
选择原则，简 单、计算量小
② 单元类型的选择
在有限元分析中，要根据模型的几何持点，选择合适
的单元类型，以便达到减少计算量，提高计算精度的目的
。对于平面问题和轴对称问题，应尽量采用平面(二维)单
元而不要用三维单元，这样能大大缩小计算规模和难度，
节省计算时间。即使模型仅仅具有近似的平面或轴对称变
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9.2 CAE有限元分析软件的工程分析
1) 前处理
b) Байду номын сангаас面单元 将在平面上进行离散化得到的单元都称为平面单元，由于轴
对称问题仅需在子平面内进行离散化和分析计算，具有与平面 问题相同的特点，因此、也将其归入平面单元这一类型。平面 单元主要有两种形状，即三角形和四边形。四边形单元计算效 果好，应尽量采用，但有时软件难以实现全四边形网格剖分和 动态重分，难免夹杂若干三角形单元。三角形单元对复杂边界 的适应性强，但计算精度较低，计算中显得过于刚硬。值得注 意的是：在平面单元中增加节点数量。能增加插值多项式的项 数，即提高形函数的阶次，进而提高计算的精度，而且能更精 确地拟合曲线边界，在线性分析中经常采用这样的高阶单元。 但是对于塑性成形等强非线性问题，采用高阶单元会大大增加 计算的难度，结果往往并不理想。而采用低阶单元，同时根据 需要加密网格效果更好。