CAE的特点和研究现状

CAE的特点和研究现状

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学号：**********

专业：机械工程

学院：机械工程与力学学院

中国•宁波

20 15 年 12 月

CAE的特点和研究现状

摘要：CAE全称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。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

关键词：CAE ANSYS 有限元分析网格划分建模

引言

CAE（计算机辅助工程分析）主要是以有限元法、有限差分法、有限体积以及无网格法为数学基础发展起来的一个软件行业。在国内有限元法应用最为广泛，故此在这里主要介绍有限元类软件在国内的应用，其他一些软件不做过多的阐述。

作为20世纪中期兴起的技术手段，有限元技术随着计算机技术的迅猛发展，得到了飞速的发展和广泛的应用。基于有限元技术，已经在国际上形成了数百亿规模的市场，而主要的有限元厂商则包括了ABAQUS、Solidworks Simulation 、ADINA、ALGOR、ANSYS和MSC等，其他一些基于有限元算法的专业分析软件则不胜枚举。

近几年来，数字化产品设计的概念逐渐深入人心，国内高校技术研究和应用水平不断提高，有限元技术已经为广大企业所认可，第三次有限元技术的应用浪潮正在形成。值得注意的是，有限元技术不再仅仅停留在高校中，而是更多的走向了企业。同时，更多使用方便、操作简单的专用分析软件也得到了广泛应用。

发展历史

最早研制的用于实际产品设计的商业软件恐怕是始于60 年代美国NASA为完成登月计划而专门开发的分析程序了，它也就是后来闻名于世的NASTRAN

分析软件，后来相继出现了SAP，ADINA等等分析软件，到今天已经开发了无以数计的各种各样的分析软件，如MSC.Marc, MSC.Dytran, MSC.Fatigue这些分析软件，绝大多数是以有限元素法作为分析的理论基础的，虽然后来也曾出现过一些特殊的、例如以边界元素法、等参元法和其它特殊理论为基础的分析软件，但时至今天，分析软件的种类已经日趋集中，而分析的功能则更加强大。不仅能够分析一般的静应力和动应力，而且可以分析温度场和温度应力、冲击应力等等。有些分析软件的功能已经扩大到电学和声学等领域。MSC.Software公司作为CAE领域最大的工程校验，有限元分析和计算机仿真预测应用软件供应商，其产品被广泛应用于各个行业的工程仿真分析，包括国防，航空航天，机械制造，汽车，船舶，兵器，电子，铁道，石化，能源，材料工程，科学研究及大专院校等各个工业领域，用户遍及世界100多个国家和地区的主要设计制造工业公司和研究机构，其中覆盖了全球92%的机械设计制造部门，97%的汽车制造商和零部件供应商，95%的航空航天公司和98%的国防及军事研发部门。

国际上早20世纪在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。此后有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC 和STARDYNE等公司的产品。

衡量CAE技术水平的重要标志之一是分析软件的开发和应用。ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等大型通用有限元分析软件已经引进中国，在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了应用。中国的计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重地制约了CAE技术的发展。仅以有限元计算分析软件为例，世界年市场份额达5亿美元，并且以每年15%的速度递增。相比之下，中国自己的CAE软件工业还非常弱小，仅占有很少量的市场份额。

进入20世纪90年代以来，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，对软件的功能、性能，特别是用户界面和前后处理能力进行了大幅扩充，对软件的内部结构和部分模块，特别是数据管理和图形处理部分，进行了重大改造，使得CAE软件在功能、性能、可用性和可靠性以及对运行环

境的适应性方面基本满足了用户的需要，它们可以在超级并行机、分布式微机群、大、中、小、微各类计算机和各种操作系统平台上运行。

CAE的特点和应用范围

CAE技术是将工程的各个环节有机地组织起来，应用计算机技术、现代管理技术、信息科学技术等科学技术的成功结合，实现全过程的科学化、信息化管理，以取得良好的经济效益和优良的工程质量。CAE的功能结构应包含计算机辅助工程计划管理、计算机辅助工程设计、计算机辅助工程施工管理及工程文档管理等项。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。当然，管理人员的自身素质是管理工作中的决定因素，必须十分重视管理人员在管理环节中的作用。

CAE技术可广泛地应用于国民经济的许多领域，像各种工业建设项目，例如工厂的建设，公路、铁路、桥梁和隧道的建设；像大型工程项目，例如电站、水坝、水库、船台的建造，船舶及港口的建造和民用建筑等。它还可应用于企业生产过程之中，及其它的企业经营、管理控制过程中，例如工厂的生产过程、公司的商业活动等。

CAE的分类

良好的接口及前后处理功能为CAE技术的推广应用打下了坚实的基础。CAE、CAD软件开发者为避免重复劳动,提高效率，实现了CAD、CAE之间几何模型的共享，使CAE技术涉及的领域越来越宽，学科包括力学、电磁学、化学等，使用者从分析专家转向了设计工程师-随着CAE技术各功能的完善、改