综述cae技术的发展和应用.doc
cad,cae,cam的发展综述总结
CAD/CAE/CAM在化工产品中应用
目前，产品制造正向着高质量、高效率和低成本方向发展 ,产品轻小化,功能多样化,零件复杂化使得人们不断的寻 求更方便,更完善的设计途径、加工方法与工艺,尽可能的 优化零件的各技术参数与结构特征。 CAD/CAM/CAE系统的开发与应用为现代制造与加工领域带 来了新的技术革新。化工设备在生产过程中承受多种外力 的作用,因此其零部件要能够确保生产的安全,满足各种工 况的要求,具有好的设计结构以及长的使用寿命。 CAD/CAM/CAE技术能够对化工设备中各零部件进行合理的 结构设计与分析,进行动态仿真以及性能评定等,确保化工 设备具有良好
CAE技术的产生与发展
20世纪60~70年代，CAE技术处在探索发展阶段。这 一时期的有限元技术主要针对结构分析问题进行发 展，以解决航空航天技术发展过程中所遇到的结构 强度、刚度以及模拟实验和分析问题。1963年 Dr.Richard MacNeal和Mr.Robert Schwndler投资 成立MSC公司，开发了称之为SADSAM的结构分析软 件 20世纪70~80年代是CAE技术蓬勃发展时期。开发了 机械系统仿真软件ADAMS、结构非线性分析软件 ABAQUS等 20世纪90年代是CAE技术成熟壮大阶段。CAE软件发 展商积极发展与各CAD软件的专用接口并增强软件 的前后置处理能力
CAM技术的产生与发展
1952年MIT试制成功世界上第一台数控铣床，开发 了APT自动编程系统 20世纪70年代末以后，开发了CATIA、EUCLID、 UGNX、INTERGRAPH、Pro/ENGINEER、MasterCAM及 NPU/GNCP等系统，解决了几何造型、零件几何形状 的显示，交互设计、修改及刀具轨迹生成，走刀过 程的仿真显示、验证等问题 20世纪80年代是CAM技术迅速发展的时期，得CAM技 术得到了广发应用。同时发展了CAPP、CAQ等技术， 推动了CIMS的发展 从20世纪90年代起，CAM技术向标准化、集成化、 智能化的方向发展
03-CAE技术及其发展
5
1 概述
1.0 概念 CAE
CAE，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。 CAE系统的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构 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。
CAE技术及其工程应用 技术及其工程应用
16
2 现状
2.2 结构
通用CAE的算法与软件模块 通用CAE的算法与软件模块 CAE
CAE技术及其工程应用 技术及其工程应用
17
2.2 结构
2.2.1 前处理
三维实体建模与参数化建模; 三维实体建模与参数化建模; 构件的布尔运算; 构件的布尔运算; 有限元自动剖分与节点自动编号; 有限元自动剖分与节点自动编号; 节点参数自动生成; 节点参数自动生成; 荷载与材料数据输入与公式化导入,节点荷载自动生成; 荷载与材料数据输入与公式化导入,节点荷载自动生成; 有限元模型信息自动生成, ...。 有限元模型信息自动生成, ...。
CAE技术及其工程应用 技术及其工程应用
8
1 概述
1.2 作用 工程师进行创新设计的重要手段和工具 工程和制造企业的生命力在于工程/ 工程和制造企业的生命力在于工程/产品的 创新，而对于工程师来说， 创新，而对于工程师来说，实现创新的关 除了设计思想和概念之外， 键，除了设计思想和概念之外，最主要的 技术手段，就是采用先进可靠的CAE软件。 CAE软件 技术手段，就是采用先进可靠的CAE软件。
CAE技术及其工程应用 技术及其工程应用
关于cae技术及其应用的参考文献
一、CAE技术概述CAE (Computer Aided Engineering) 技术是指利用计算机软件和相关工程学原理对工程设计进行分析、优化和验证的技术。
其主要包括有限元分析、流体力学分析、热力学分析等内容。
CAE技术的应用可以有效地提高工程设计的效率和精度，减少试错成本，加快产品研发周期，提高产品质量。
在工程设计领域的应用非常广泛，涵盖了汽车、航空航天、电子、机械等多个行业。
二、CAE技术在汽车工程领域的应用汽车工程领域是CAE技术的一个重要应用领域。
在汽车设计过程中，CAE技术可以用于车身结构强度分析、碰撞仿真、疲劳分析、气动性能分析等多个方面。
通过CAE技术，工程师可以在计算机上进行虚拟仿真实验，快速评估设计方案的可行性，预测产品的性能，优化设计方案，减少试验成本和时间。
CAE技术在汽车工程领域的应用已经成为汽车制造商和汽车零部件供应商不可或缺的工具。
三、CAE技术在航空航天工程领域的应用在航空航天工程领域，CAE技术也发挥着重要作用。
航空航天产品的设计周期长、成本高，因此对产品的性能要求非常严苛。
通过CAE技术，工程师可以对飞机结构、发动机性能、航空器气动性能等进行精细的分析和优化。
CAE技术也可以在飞行器的设计验证和飞行仿真中发挥重要作用。
由于航空航天产品的研发往往需要大规模复杂的计算和仿真，因此对计算机软件和硬件性能有较高的要求。
四、CAE技术在电子产品设计领域的应用随着电子产品的不断更新换代，产品设计的竞争日益激烈。
CAE技术在电子产品设计领域应用广泛，例如电路仿真、热学分析、电磁兼容性分析等。
通过CAE技术，工程师可以在产品设计的早期阶段发现问题，避免在后期产生成本和时间上的浪费。
尤其对于高频高速电子产品，如通信设备、计算机芯片等，CAE技术的应用更加重要。
五、CAE技术发展趋势随着计算机硬件性能的不断提升和计算机仿真软件的不断完善，CAE 技术在工程领域的应用前景十分广阔。
浅谈CAE技术现状及发展趋势
浅谈CAE技术现状及发展趋势浅谈CAE技术现状及发展趋势摘要:本文阐述了cae技术的发展历程、功能作用、面临的挑战以及发展趋势。
关键词:cae发展历程功能挑战cae是一种在二维或是三维几何形体cad的基础上,运用有限元(fe)\边界元(be)、混合元(me)、刚性元(re)、优先差分和最优化等数值计算方法并结合计算机图形技术、建模技术、数据管理及处理技术的基于对象的设计与分析的综合技术和过程。
其核心技术为有限元与最优化技术。
1 cae技术的发展历程世纪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。
随着新技术的发展cae软件与cad/cam/capp/pdm/erp一起,已经成为支持工程行业和制造企业信息化地主导技术,在提高工程/产品的设计质量、降低研究开发成本,缩短开发周期方面都发挥了巨大的作用。
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技术的功能和作用(1)采用各种优化技术,找出产品的最佳设计方案。
(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技术的发展、应用及我国推广现状
CAE技术的发展、应用及我国推广现状[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，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。
计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。
同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。
近几年，CAE技术在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域逐步地得到了广泛应用。
一、CAE技术--模具设计的发展趋势目前，世界塑料成型CAE软件市场由美国上市公司Moldflow公司主导，该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，一直在此领域居领先地位。
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、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，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。
这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。
在今天，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。
注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。
传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。
采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造之前，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。
论CAE技术的发展应用及我国推广现状
论CAE技术的发展、应用及我国推广现状作者：汪豪蒂机械工程及自动化1108班201103130297[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，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。
计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。
同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。
近几年，CAE技术在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域逐步地得到了广泛应用。
一、CAE技术--模具设计的发展趋势目前，世界塑料成型CAE软件市场由美国上市公司Moldflow公司主导，该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，一直在此领域居领先地位。
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、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，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。
这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。
在今天，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。
注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。
传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。
计算机辅助工程(CAE)的发展及应用
浅谈计算机辅助工程(CAE)的发展及应用摘要计算机辅助工程,即cae(computer aided engineering),是一个涉及面广、集多学科与工程技术于一体的综合性、知识密集型技术。
在产品开发阶段,企业应用cae能有效地对零件和产品进行仿真检测,确定产品和零件的相关技术参数,发现产品缺陷、优化产品设计,并极大降低产品开发成本。
在产品维护检修阶段能分析产品故障原因,分析质量因素等。
目前,cae主要应用于汽车、航空、电子、土木工程、通用机械、兵器、核能、石油和化工等行业。
本文主要阐述了计算机辅助工程的发展过程,介绍了计算机辅助工程软件的分类和应用现状,并着重对有限元软件abaqus的应用架构进行了详细介绍。
关键词计算机辅助工程;有限元;abaqus中图分类号tb237 文献标识码a 文章编号1674-6708(2010)25-0232-021 cae技术发展概述cae是以有限元法、有限差分法及有限体积法为数学基础发展起来的。
其中有限元分析在cae中运用最广,基于有限元技术的cae软件,在数量及应用范围上都处于主要地位。
有限单元法的基本思想是将物体离散成有限个简单单元的组合,用这些单元的集合来模拟或逼近原来的物体,从而将一个连续的无限自由度问题简化为离散的有限自由度问题。
物体被离散后,通过对其中各个单元进行单元分析,最终得到对整个物体的分析结构。
随着单元数目的增加,解的近似程度将不断增大和逼近真实情况。
cae技术发展大致可分为4个阶段(与计算机硬件发展密切相关):第一阶段是上世纪五六十年代,主要开发基本的结构分析程序,基于力法和简单的二维和三维位移有限元法;第二阶段是上世纪七十年代,主要开发通用有限元程序,如nastran、ansys、marc、sap等,也产生了混合元和杂交元理论,形成高效数值求解器,线性静力问题求解基本成熟;第三阶段是上世纪八十年代,主要完善及扩充通用有限元软件,产生了结构优化设计技术、前后置处理软件及计算机辅助设计系统,出现了断裂力学的奇异元技术、边界元技术、有限元与其他数值方法联合求解技术;第四阶段从上世纪九十年代中期至今,是微机、网络和仿真时代,一方面,计算结构技术软件适应新的计算机环境;另一方面,计算结构技术与其他学科的综合技术发展迅速,迎来了结构仿真和虚拟验证时代的到来。
综述CAE技术的发展和应用
迅 猛 发 展 ， 及 在 内 燃 机 行 业 的 广 泛 应 用 和 对 产 品 创 新 的促 进 。 以 关 键 词 ： 算 机 辅 助 工 程 有 限 元 分 析 概 念 设 计 阶段 详 细 设 计 阶 段 计
引 言
发 展 可 以 追 溯 到 Ａｅａｄ ｒＨｒ ｎｋｆ （ ９ １ 和 Ｒｃ ａ ｌ ｎｅ ｘ ｅ ｉ ｎ ｏ １４ ） ｉ ｒ ｈｄ
Ｃ Ｅ（ 算 机 辅 助 工 程 ） 特 点 是 以工 程 和科 学 问题 Ａ 计 的 为 背景 ，建 立计 算模 型并 进行 计 算机 仿 真 分 析 。一 方面 ， Ｃ Ｅ技 术 的应 用 ， 许 多过 去 受条 件 限 制无 法 分析 的 复杂 Ａ 使 问题 ， 过计算 机 数 值模 拟得 到 满意 的 解答 ； 一 方 面 ， 通 另 计 算 机 辅助 分析 使 大量 繁 杂 的工 程 分析 问 题 简单 化 ， 复杂 使 的过 程 层 次化 ， 节省 了大 量 的 时 间 ， 免 了 低 水平 重 复 的 避 工作 ， 使工 程分 析更 快 、 准确 。 产 品 的设计 、 析 、 产 更 在 分 新
起 来 。近 １ Ｏ年 来 ，有 限 元 法 的 应 用 范 围 有 了 大 幅 度 的 提
品 的开 发 等方 面 发挥 了重 要 作 用 ，同时 Ｃ Ｅ这 一 新兴 的 Ａ
数 值模 拟 分析 技术 在 国外 得 到 了迅 猛 发展 ， 术 的 发展 又 技
推 动 了许 多相 关 的基础 学科 和应用 科 学 的进 步 。
设 计 与 研 究
２ ５
综 述 Ｃ Ｅ技 术 的 发 展 和 应 用 Ａ
孙 东 印 司建 明 李 郁
（ ．山东 省 内燃 机 研 究所 ， 南 ２ ０ １ ２ 中 国石 化 集 团齐 鲁 石 化公 司 ，淄 博 ２ ５ ０ １ 济 ５ ０ ４； ． ５ ４ ０）
CAE技术在机械设计领域中的应用现状及发展趋势
CAE技术在机械设计领域中的应用现状及发展趋势CAE技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴的多学科交叉技术。
CAE源于Computer Aided Engineering 的中文翻译，泛指用计算机辅助分析、计算和仿真在内的一切研发活动，其核心是基于计算力学的有限元分析技术[1，2]。
21世纪是信息时代，随着计算机技术的高速发展，CAE技术取得了长足进步，作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。
以美国福特汽车为例，在2000年引用CAE技术之后，与20世纪90年代初期相比较，新车的开发周期由原来的36个月降低为12～18个月，开发后期设计修改率减少50%，原型车制造和实验成本减少50%，投资收益提高50%[3]。
丰田和马自达等主流汽车也从CAE的应用中大大受益，减少了实机测试的次数和成本，缩短了开发周期，使投资收益大大提高。
CAE技术在其他的机械设计领域中也发挥了作用，目前，航空航天、医疗器械、重工机械等行业对CAE技术的应用都非常重视，CAE在产品设计的质量、寿命、性能和成本等方面发挥的作用已经无可替代。
可以说，CAE技术的应用程度已经成为衡量一个国家科学技术水平和工业现代化程度的重要标志，以美国为首的发达国家甚至将CAE技术作为“事关国家竞争力和国家安全的战略技术”。
1 CAE技术在开发流程中的应用状况在CAE技术没有被产品开发利用之前，传统的产品开发流程是一个由设计者主导，辅助CAD工具，进行反复设计的过程。
设计者完成产品的设计后，提交制造部门进行生产，然后对样机进行实机测试。
如果产品的功能不满足设计要求，就重新设计，再试做，如此循环，直到全部满足设计要求为止。
这是一个周期长、耗费高的过程，已经不能满足现代产品开发周期的要求。
随着各种数值分析方法及力学理论的不断发展与完善，加之高速、大容量计算机的出现与推广，使高精度、大规模计算成为可能，从而推动了CAE技术的飞速发展。
计算机辅助工程(CAE)技术综述
（ 黑龙江省佳木斯 大学 附属第二 医院 ， 黑龙江 佳木斯 １ ５ ４ ０ ０ ２ ）
摘
要： 主要介绍了ｃ Ａ Ｅ 技术的应用、 发展趋势及 ｃ Ａ Ｅ 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。
文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ３ — ７ ７ ３ ｘ（ ２ ０ ｌ ３ ） ０ ｌ 一 ０ １ ３ ０ — ０ ２
２ ． ３ 模 具 制造行 业 中的应 用
在模具设计工序 中进行 Ｃ Ａ Ｅ是为了寻求在 冲压 加 工 中 常常 发 生 的 不 良变形 、 开裂、 起 皱 等 的 解决 对 策， 同时 通过 Ｃ Ａ Ｅ的有 限元 法 分析 模具 工 作 面周 围的 结构 ， 减轻模具结构的总重量 ， 增加刚性分析冲压过程 中模具各部的发热情况以便于模架结构设计时合理分 布冷却水管 ， 延长模具耐用度 。分析注塑模 的注塑过 程的材料流动情况使材料流动更合理 ， 更好解决材料 收缩 的问题 ； 分析三维 图形数据是否正确 ， 核对图形 ， 分析 曲面形状的曲率变化情况 ， 把分析的结果反馈给 Ｃ Ａ Ｄ阶段使 之外 观更美 观 、 工件更 容 易成形 。
板料成形从力学角度而言 ， 是一个包括几何 、 材料 、 边界 等强 非线性 问题 的 、 非常复 杂 的力学 过程 ， 以往 人 们求解多 以解析法实现其误差甚大。近年来 ， 板料成 形的计算机模拟和分析在产品设计制造中发挥着越来 越重要 的作用 。其中主要涉及单元技术及网格划分 、 本构 关 系 、 算 法 的选 择 、 接触缺 陷处 理等 关键技 术 以及 仿真与集成等应用方法。 ２ ． ５ 其他 行业 中的 应 用 随着Ｃ Ａ Ｅ 技 术 的不 断成 熟 和 Ｃ Ａ Ｅ软件 向高性 能方 面 的发 展 ， Ｃ Ａ Ｅ技 术 的应 用 范 围 不 断 扩 大 ， 不 仅 在 机 械制造业得到 了广泛的使用 ， 在其他领域 ， 如生物 医 学、 冶金 、 建筑桥梁 、 电子产品制造以及 日 用消费品的 制造 中都得到了应用 。著名体育用品厂商耐克公 司， 在 高 级旅 游 鞋 的受 力 结构 研 究设 计 中 ， 就是 采 用 有 限 元分析技术在保证鞋体受力均衡 的前提下 ， 取得了鞋 的最 理想重 量 。 ３ Ｃ ＡＥ技术 的发展 趋势 １ ） 设计 数据 、 设 计模型 、 专家经验 的过程 化 、 修 改／ 升 级 模 板 和 通 用 化 。 以 进 一 步 改 善 和 提 高 设 计
(完整版)CAE技术及其在车辆行业的运用
本文在简要介绍CAE及其分支虚拟样机技术的基础上，以世界几个著名公司的CAE应用情况阐明了CAE技术的重要作用。
本文以作者所在单位的具体情况为出发点，阐述了应用CAE 技术的迫切性和美好的应用前景，并结合作者的实践，提出了一些具体建议。
一、CAE技术简介1.CAE技术2.CAE软件3.CAE内涵4.CAE在产品研制中的作用二、虚拟样机1.虚拟样机技术2.虚拟样机技术的特点3.虚拟样机应用效果三、CAE技术发展趋势四、CAE技术应用实例五、几点建议一、CAE技术简介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。
汽车开发中CAE技术应用的现状和发展
汽车开发中CAE技术应用的现状和发展CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障，可以为企业带来巨大的技术经济效益。
在汽车发展历史上，至今还没有什么技术能与CAE技术相比，为汽车企业带来巨大的回报。
汽车行业是一个高速发展的行业，其竞争日趋激烈。
随着新产品推出的速度越来越快，CAE在汽车行业的应用越来越多，水平也在逐步提高。
统计结果表明，应用 CAE 技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80%～90%下降到 8%～12%。
例如：美国福特汽车公司2000年应用CAE后，其新车型开发周期从3 6个月降低到12～18个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50 %；投资收益提高50%。
汽车CAE分析概要图CAE应用分类笼统地讲，汽车的每一个部件都可以做CAE分析，但主要包括以下3大关键部分：1、整车该部分的CAE通常要做运动学、动力学仿真，以模拟如车辆行驶的平顺性、舒适性和可通过性。
这需要建立整车的虚拟样机，以确定整车参数。
通常要确定的主要整车参数有：行驶性、操纵稳定性、振动、噪声和舒适性；轮胎、悬架的配备；车身的动静刚度、强度、寿命评价和车身固有频率；驾驶室通风、隔热、噪声；车身外流场特性、发动机舱的气流和热交换；主动安全性与被动安全性水平等。
2、大总成或者大的子系统汽车通常划分为4大系统：车身、底盘、发动机、电子电器系统。
整车分析确定的参数，分解到各个总成后，需要对各总成进行CAE分析，以确定这些参数可以在各总成实现。
3、零部件和小总成这部分主要是对零部件（子总成）做CAE分析，如车门、车门密封条、发动机缸体、悬架、面板、曲轴活塞、进排气系统、轮胎、轮毂等，以确定它们的力学特性是否符合总体设计要求，或者优化以进一步改进初始设计。
通过对这些关键部分的CAE仿真分析，可以在概念设计阶段就把握好产品各个方面的性能，排除问题。
这对于汽车行业来说极为重要，因为问题发现越早，解决问题的代价就越低。
浅谈计算机辅助工程(CAE)的发展及应用
浅谈计算机辅助工程（CAE）的发展及应用摘要：计算机辅助工程软件是一门新兴技术，它包括计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理和计算机技术等，是计算机技术与工程分析技术相结合的综合性知识密集型信息产品。
现如今，是信息时代，计算机技术向更高、更小的方向发展，分析软件不断开发和完善，网络和通信技术日益普及，CAE技术的应用将越来越广泛。
关键词：计算机；辅助工程；发展及应用引言在计算机技术飞速发展的今天，基于计算机技术的CAE技术越来越受到各行各业的重视。
特别是建筑行业，利用 CAE模拟试验，可以快速模拟试验的施工各个环节，大大缩短了试验的时间，保证了施工的质量。
在此基础上，分析了 CAE技术在国内外的发展状况，明确了CAE技术在汽车制造业、飞机制造业、板材加工与成型、模具制造、建筑及其它行业中的实际应用情况，并对 CAE技术的未来发展进行了分析，提出了发展的可行性建议。
1计算机辅助功能的具体应用一般而言，要经过多次反复的设计，不断的制作实物样品，并进行试验来验证。
周期性和费用很高。
而且只是知其然、不知其所以然。
若能在产品设计的数字化样机中，即在计算机上设计出完整的三维模型，并通过计算机模拟 CAE，在计算机上进行测试，判断性能是否满足设计要求，则设计迭代的大部分工作都可以在计算机上完成，而不需要物理样机的制造和测试，也不需要材料采购、开模、工装夹具、生产制造、设备、测试等耗时耗资巨大。
等到数字样机和计算机测试做一遍又一遍，最后再去做几个物理样机制造和测试，产品基本就可以定型了。
就拿飞行器的设计来说，众所周知，飞行器可以克服起飞时的重力，依靠飞行器机体，主要是机翼上的空气以一定的速度、角度产生升力。
这是一个由空气动力学引起的问题，当飞机以一定速度和角度切开空气时，空气会绕着机身流动，在机身的不同位置会有不同的气压，速度，例如机翼，上下表面的压力差就构成了向上提升飞机的升力。
可用一组称为Navier-Stocks方程的偏微分方程来精确描述空气绕流飞机的运动过程，该方程于1827年由法国和英国科学家联合提出。
CAE技术的应用和发展趋势-大米的博客-中华工程师网
CAE技术的应⽤和发展趋势-⼤⽶的博客-中华⼯程师⽹产品仿真技术——CAE可以说是现代产品研发中出现最早的技术，但它却从来没有⽕起来过，不温不⽕地发展着。
但这并不妨碍它成为促进世界⼯业产品进化的最重要的技术，是它⼀直刺激着⼯业产品和技术的创新。
CAE和其它诸如信息化产品最本质的区别在于：其它信息化产品让企业降低了成本，⽽CAE为企业产品产⽣了⾼附加值，真正能为现代企业创造⾼额利润，这才是提⾼企业核⼼竞争⼒的关键所在。
笔者注意到，随着⼈们对CAE技术价值的认识逐步深刻和CAE技术本⾝的发展，含蓄的CAE技术正在⽕起来。
本⽂就CAE技术的应⽤和发展趋势和读者探讨，希望得到读者的批评指正。
1. 趋势⼀：仿真驱动研发流程现代产品研发流程中，通常使⽤CAD建模，⽤CAE进⾏仿真。
因此，许多⼈的眼⾥，CAE理所当然是CAD的后端技术了。
但其实恰恰相反，在先进研发流程中，CAE是CAD的“先⾏”技术。
在新产品设计周期⾥，CAD付诸实施之前，CAE已经⾏动了。
CAD并不是贯穿整个研发周期的技术，CAE却是，它在产品研发全过程中影响着设计。
仿真技术越早地被应⽤于设计流程，它产⽣的投资回报率也将越⾼。
ANSYS公司有⼀经典之语切中要害：Never early to use CAE（CAE永不嫌早）！详细设计之前，在计算机上进⾏虚拟实验（仿真），来预测产品是否可⾏，可以省略⼤量的真实实验，从⽽节省时间及成本，防⽌各种意外的发⽣，保证详细设计的⾼成功率，避免后期设计中的颠覆性问题。
在详细设计的任何时期，CAE技术都将发挥其巨⼤作⽤，任何不能确认合理的细节，都可以通过CAE技术来验证，将所有潜在的问题解决在萌芽之中。
图1 产品仿真的投资回报CAE技术的采⽤，在研发流程的前期看似投⼊⽐较⾼，但越到后来投⼊越低，回报越⾼：产品可更早推向市场，且质量更⾼。
2. 趋势⼆：核⼼功能深⼊化，使⽤环境简单化仿真技术在向专业化⽅向深⼊发展，仿真环境却逐步浮向使⽤者⼿边；核⼼技术在远离使⽤者，仿真结果却逼近真实世界。
综述CAE技术的发展和应用
综述CAE技术的发展和应用
孙东印;司建明;李郁
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2011(000)002
【摘要】本文首先论述了CAE技术的概念和发展,而后结合现代内燃机产品开发流程,简要介绍了概念设计、布置设计、详细设计阶段CAE技术的工作内容和部分应用软件.从中我们充分领略到了国外CAE技术的迅猛发展,以及在内燃机行业的广泛应用和对产品创新的促进.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】孙东印;司建明;李郁
【作者单位】山东省内燃机研究所,济南250014;山东省内燃机研究所,济南250014;中国石化集团齐鲁石化公司,淄博255400
【正文语种】中文
【相关文献】
1.计算机辅助工程(CAE)发展现状及其应用综述 [J], 杨朝丽
2.光辉历程中国计算机发展50年专栏·制造业计算机应用之二CAE助推工程和产品创新--中国工程院院士崔俊芝谈CAE技术的发展(一) [J], 仝培杰
3.CAE技术在五菱技术中心的发展及应用 [J], 阎剑韬
4.注塑模CAD/CAE/CAM技术的发展和应用 [J], 郭晓鑫
5.钛合金塑料模具CAE技术发展研究综述浅析 [J], 覃秀凤
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
cae 研究报告
cae 研究报告CAE (Computer-Aided Engineering) 研究报告一、引言CAE技术，即计算机辅助工程，是一种利用计算机进行工程分析和设计的工具。
通过CAE技术，工程师可以在设计阶段预测和优化产品的性能，从而减少试验次数，降低开发成本，提高产品质量。
本报告将对CAE技术的发展、应用和未来趋势进行深入探讨。
二、CAE技术的发展CAE技术的起源可以追溯到20世纪50年代，当时计算机开始被用于解决复杂的工程问题。
早期的CAE技术主要集中在结构分析和流体动力学方面。
随着计算机技术的不断发展，CAE技术的应用范围也在不断扩大，包括热力学、电磁学、声学、生物学等多个领域。
三、CAE技术的应用CAE技术在许多行业中都有广泛的应用。
例如，在汽车行业中，CAE技术被用于设计和优化汽车的外观、结构和性能。
在航空航天领域，CAE技术用于设计和优化飞行器的结构和性能。
在生物医学工程中，CAE技术用于设计和优化医疗器械和人体植入物的性能。
四、CAE技术的未来趋势随着科技的不断发展，CAE技术也在不断进步。
未来，CAE技术将更加智能化和自动化，能够更好地模拟和预测产品的性能。
同时，随着云计算和大数据技术的发展，CAE技术将更加高效和可靠，能够处理更大规模的数据和更复杂的模型。
此外，随着CAE技术的普及，更多的工程师和学生将能够掌握这一技术，从而推动工程领域的发展。
五、结论CAE技术是工程领域的重要工具，能够帮助工程师在设计阶段预测和优化产品的性能。
随着科技的不断发展，CAE技术也在不断进步和完善，其应用范围也在不断扩大。
未来，随着智能化、自动化、云计算和大数据技术的发展，CAE技术将更加高效和可靠，能够更好地服务于工程领域的发展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，建立计算模型并进行计算机仿真分析。
一方面，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；另一方面，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这一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1．1 CAE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一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，并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。
我们称这一过程为CAE的后处理。
1．2 CAE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。
它的发展可以追溯到Alexander Hrennikoff(1941)和Richard courant(1942)的工作，他们的方法具有共同的本质特征：利用网格离散化将一个连续区域转化为一族离散的子区域，通常叫做元。
HrenfIikofr的丁作离散用类似于格子的网格离散区域；Courant的方法将区域分解为有限个三角形的子区域，用于求解来源于圆柱体转矩问题的二阶椭圆偏。
Courant的贡献推动了有限元的发展。
1963一1964年Besseling等确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。
而后，随着计算机技术的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，才迅速发展起来。
近10年来。
有限元法的应用范围有了大幅度的提高，已由简单的弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题；分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料，从固体力学扩展到流体力学、传热学、电磁学等连续介质力学领域。
将有限元分析技术逐渐由传统的分析和校核扩展到优化设计，并与计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)密切结合，形成了现在CAE技术框架。
CAE软件的发展：早期的CAE软件只是计算处理特殊单一问题的简单程序。
上个世纪60年代开始出现大型通用CAE软件。
在此期间世界三大CAE软件公司：MSC、SDEC和ANSYS先后成立。
1963年Msc公司开发了sADsAM结构分析软件。
在1965年Msc 参与美国国家航空及宇航局(NASA)发起的计算结构分析方法研究，SADsAM也正式更名为Msc／NASTRAN。
1967年sDRC公司成立，在1971年推出商用有限元分析软件supertab(I—DEAs)。
1970年sAsI公司成立，后来重组后改为称ANSYS公司，开发了ANSYS通用有限元分析软件。
20世纪70—80年代是CAE技术的蓬勃发展时期，这期间许多CAE软件公司相继成立。
如致力于发展用于高级1二程分析通用有限元程序的MARc公司；致力于机械系统仿真软件开发的MDI公司；针对大结构、流固耦合、热及噪声分析的csAR公司；致力于结构、流体、流固耦合分析的ADIND公司等等。
90年代，各CAD软件开发商一方面大力发展自身CAD软件的功能．如CA，11A、SOUDw0RKs、UG都增加了基本的CAE前后处理及简单的线性、模态方面通过并购另外的cAE软件来增加其软件的cAE功能，如PK(PR0／E)对RAsAN的收购。
在cAD软件商大力增强其软件cAE功能的同时，cAE分析软件也在向cAD靠拢。
如MAc／NATTRAN 在1994年收购了PATRAN作为自己的前后处理软件，并先后开发了与cAllA、UG等cAD软件的数据接口。
ANsYs也在大力发展其软件的ANsYs前后处理功能。
sDRc公司利用I—DEAs自身的cAD功能强大的优势，积极开发与别的cAD模型传输接口。
先后投放了与PR0／E、UG、cArl’IA等的接口，以保证cAD，cAE的相关性。
同时cAE软件也在积极扩展本身的功能。
ANsYS把其产品扩展为ANsY洲EcHNIcAL。
ANsYs，lS-DYNA。
ANsYs，PREP0sT等多个应用软件。
sDRc则在自己的单一分析模型的基础上先后形成了多专项应用技术，并将有限元技术与实验技术有机地结合起来。
2 CAE技术在内燃机设计中的应用内燃机作为动力机械，其各项指标涉及到燃烧、排放、油耗、密封、强度、噪声等多方面内容，所以对应的分析也涉及到热力学、流动力学、动力学、疲劳分析等多个方面。
而且内燃机的许多零部件，如曲柄连杆机构和配气机构的形状结构、受力，以及发动机的流动、传热传质、燃烧等工作过程十分复杂。
因此建立这些零部件及整机的数学模型是十分困难的，而求解数学模型则更为闲难。
另外在现代内燃机中由于对内燃机的性能和可靠性指标愈来愈高，其中的一些参数的变化趋势相互制约，参数优化空间相对变小，研发的风险加大；产品开发需要考虑的变量不断增加。
系统的复杂性增大；要求缩短产品开发的周期；降低产品开发的成本和风险。
为满足现代内燃机丁业的发展需要，必须对传统的“绘图+经验+发动机台架试验”的设计方法进行改进。
按照现代研发的基本流程，一款内燃机的研发主要包括设计、试验、试制、投产等阶段。
cAE分析主要涉及设计和试验阶段，设计和验证阶段的数字化开发可细分为概念设计阶段、布置设计阶段和详细设计阶段。
每个阶段都包含了数字化设计和验证工作的并行和协同：设计工程师按照时间进度提交零部件、装配的子系统及整机的CAD设计数据；验证t 程师应用CAE手段对设计部门提交的CAD数据进行包括最基本的尺寸和运动学校核、复杂的动力学分析和功能实现以及最复杂的可靠性分析等进行全方位验证。
2．1概念设计阶段概念设计阶段是发动机产品开发流程中进入工程化开发过程的第一阶段，也是最重要的阶段。
理论上来说，有关所开发产品的所有重大决策性问题都要在这一阶段内解决。
概念设计阶段的主要工作有：对前期项目策划阶段完成的市场、法规、竞争对手和竞争机型调查研究的结果进行分析和评估，并转换为概念设计阶段的设计输入；产品设计、工艺设计、生专家们在概念设计阶段需协同进行可行性研究工作；根据产品的市场定位和仓业品牌的内涵，结合当前行业的技术发展水平等因素。
确定所开发产品在性能、质量、成本等方面适当的目标水平、具体指标和规格要求；进行整机系统总体布置研究；确定产品的总体技术方案和各子系统的总体技术路线等。
此阶段的cAE分析多以一维分析为主，以基本结构和基本参数为输入，在整机级和各大系统级建立虚拟样，通过cAE分析方法确定发动机的基本性能、冷却系统布置、曲轴系布置和与整车的匹配等。
此阶段的cAE 分析任务有：内燃机气体交换过程模拟，此类分析软件主要有GT—Power和AVL-B00st等。
内燃机热动力学分析和整机性能预测．在气体交换的基础上增加发动机缸内燃烧过程的仿真分析，预测发动机的总体性能，如功率、扭矩和燃油消耗率等。
然后反过来确定进气系统、排气系统、由缸盖、缸体和活塞组成的燃烧系统等子系统的主要参数和技术方案。
内燃机冷却系统一维cFD分析．此类分析软件有cT-C砌等。
内燃机润滑系统一维cFD分析，此类分析软件有f'10wM艄ter 等。
装备该内燃机的整车的基本性能仿真分析，该类分析软件主要有AVL—Cmise 和GT—Drive等。
2．2布置设计阶段：布置设计阶段主要是确定各主要零部件的尺寸和和相互之间的关系及接口，进一步对概念设计阶段确定的技术方案进行细化。
此阶段的cAD设计工作主要是根据概念设计阶段的cAE仿真结果建立内燃机各大子系统的表面模型，确定和建立各大子系统之间的装配关系和模型等。
CAE仿真分析则需要对所有的概念设计阶段的分析模型进行更新，使之更加具体和复杂，仿真的输出结果也更加详细和准确。
同时。
增加新的一些cAE仿真分析内容和领域，涉及动力学、有限元、cFD 分析等，如应用MsC．ADAMs等行业常用的专业软件建立分析模型，首先埘前端轮系和配气机构子系统的布置设计结果进行各运动零部件之间的装配和运动学关系进行检查和校核．然后开始动力学分析。
缸盖、缸体、曲轴、凸轮轴和连杆五大主要零部件的有限元分析，常用的分析软件有Hyperworks、NAsTRAN、ABAQus、AVL—ExCl7I等。
2．3详细设计阶段：详细设计阶段，数字化开发范围将覆盖所有新设计零部件的全部特性，包括如详细的尺寸、尺寸和几何公差、设计基准、表面粗糙度、热处理和材料技术条件等，在详细设计阶段结束时将保证每一个零部件的cAD设计数据(包括i维实体设计数据和二维平面设计数据)将能具体指导工厂的生产制造，因此，cAD设计的工作量急剧增长，成为详细设计阶段的主要1二作。
同时，在详细设计阶段将应用CAE分析手段对所有新设计零部件的CAD设计进行分析和验证，以确保在数字化开发阶段解决每个新设计的零部件以及从零部件到各子系统、最后到整机的每个层次都不存在问题。
此阶段，CAE分析的首要任务是对前两个阶段所有的分析模型根据详细设计阶段能够获得的最全面的设计信息进行最后的更新和拓展，进一步更准确地验证各零部件、系统和整机的功能和特性。
比如在概念设计和布置设计阶段进行的发动机气体交换一维cFD分析的基础上将进一步拓展和更新到进行一维或三维的进排气噪声分析，进排气系统和发动机缸内流动的=三维cFD分析。
目的是从三维角度考察发动机的气体交换过程和流体在发动机缸内的流动过程，保证发动机各缸进排气的均匀度和发动机缸内流动的最佳化，以及在保证发动机性能设计指标的前提下尽量降低发动机的进排气噪声。
在详细设计阶段所有零部件和子系统新的CAD设计都必须经CAE仿真分析验证，确保任何设计问题解决后，开发流程才能进入样机制造和验证阶段。