计算机辅助工程(cae)发展现状及其应用综述

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1、计算机辅助工程(CAE)发展现状及其应用综述

2、第1内容加载中...lunelosh和Jones等人证明了有限元法是基于变分原理的里兹(Ritz)法的另一种形式，从而使得里兹分析的所有理论基础都适应于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。以此为理论指导，有限元法的应用已由弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡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

3、优化设计，并与计算机辅助设计和辅助制造密切结合，形成了现在CAE技术的框架。2.1　有限元技术的发展　经过60多年的发展，有限元技术已趋于成熟，普遍为工程界所接受。并开发了相应的有限元分析软件。这些软件在功能、性能、使用上均达到了比较高的水平。在功能上，影响软件的前处理器可以调用CAD中的几何模型，可以便捷地实现网格划分及自动划分，灵活地施加各类便捷条件，定义材料特性，设置不同的计算工况，对特殊问题实现用户子程序的调用等；求解器带有适合不同问题的求解算法(线性方程组、非线性方程组、特征值等)；后处理器可给出所需要的可视化的技术

4、结果(等值线、等值面、云图、动画等)。性能上，可完成线性于非线性问题、静力与动力问题、多材料、各类边界条件、类工程(机械、电磁、土木等)问题的求解.2.2　结构优化技术的发展　结构优化方法中早期采用的是基于直觉的准则法，如满应力准则法、满应变准则法等。20世纪60年代数学规划法引入结构优化设计中，标志着现代优化设计的开始，数学规划法中的复合形法、可行方向法、惩罚函数法等在结构优化设计中得到了广泛的应用。70年代出现了优化准则法，其思想是将设计问题的力学特性与数值方法中的各种近似手段相结合，把高度非线性问题转化为一系列近似的带显

5、示约束问题，然后借助于数学规划法进行求解。80年代以后，结构优化设计开始应用于工程优化设计中，并形成了专门研制的工程优化设计软件。随着计算机技术的发展，工程优化设计软件规模不断扩大，从最初的十几个变量发展上万个变量，从最初的结构尺寸参数优化，到现今的结构形状优化等。目前具有结构优化功能的软件有十多种；如专用的结构优化设计软件SAPOP、ASTROS、OASIS等，其中拥有我国自主版权的DDDU；而在有限元分析软件中带有优化设计功能的软件有ANSYS、MSC.NASTRAN等，还有与CAD相集成的优化设计软件MSC.Visual

6、Nastran等。2.3　结构强度与寿命评估的发展　由于结构的速度、经济性、耐久性、可靠性的不断提高，以及不断地减轻结构的重量，结构强度与寿命评估变得越来越复杂，越来越重要。用复杂机电产品的选型时，要了解的已不仅是设备的强度指标，还包含设备的使用寿命指标，生产厂家必须向用户回答在什么情况下厂家提供的设备可靠工作多少年。要进行结构强度与寿命评估需要借助于有关的理论、方法、行业上的规范以及材料的数据，这些理论、方法、数据大都是经过大量实验、工程实践总结归纳出来的，国外将这方面的科研成果编制成软件。如MSC.FAUIGUE软件、MS

7、C.MARC软件中的失效与破坏分析模块。由于我国国情不同，尤其是评估的数据库内容的不同，需要有适合我国国情的评估体系/我国在结构强度与寿命评估的理论、方法、规范及其数据库方面也取得了一定进展，但还有很大的差距，目前还没有成熟的软件可供使用，但在CAE系统中有关结构强度与寿命评估的内容是必不可少的。2.4　工程结构动态仿真的发展　在CAD造型设计的基础上形成了工程结构的动态仿真，在这方面已推出的软件有ADAMS和odel等，它们是通用的机械结构仿真软件。ADAMS提供了模拟实际系统运动和动力过程的仿真环境，可以全面地仿真实际制造

8、活动中的结构、信息及制造过程，该软件包括十几个分析模块，其主要功能包括动态模拟与动态分析。动态模拟包括速度、加速度、力响应、效率能量等，动态分析包括动态信号的处理、频谱分析、数字滤波、传递函数的取得等。3　CAE软件的发展现状、趋势[4～7]1960～1970年，有限元的理论处于发展阶段，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题，又由于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，CAE软件处于探索时期。1963年由Dr.RichardMacNeal和Mr.RobertSch，Inc.(S

9、ASI)后来重组后改称ANSYS公司，开发ANSYS软件。至此世界上的三大公司先后了组建工作，致力于大型商用CAE软件的研究与开发。时至今日，这三大巨头主导CAE市场的格局基本保持下来。只是在发展方向上，MSC和ANSYS比较专注于非线性分析市场，SDRC则是更偏向于线性分析