cae设计的分类及发展方向

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1、1CAE设计的分类及发展方向CAE(ComputerAidedEngineering)是计算机辅助工程的英文缩写，被广泛应用在包括国防、航空、航天、机械制造、汽车、船舶、兵器、电子、铁道、石化、土木工程、能源、材料工程、科学研究及教育等各个领域当中，分为结构分析、CFD（流体动力学分析）、NVH（震动与噪声分析）、多体动力学分析、材料成型性能分析、热传导分析及岩土力学分析等等。其中结构分析又可以分为：刚度、强度分析；碰撞分析；疲劳分析；优化分析等。NVH分析可以分为：模态分析；频响分析；震动分析及噪声分析等。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，CAE分析在工程设计和分析中得到了越来

2、越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有CAE分析计算。在进入了CAE软件商品化的发展阶段，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，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性﹑可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题。根据当今国际上CAE软件的发展情况，可以看出CAE分析方法的一些发展趋势：1.1与CAD软件的无缝集成；当今有限

3、元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。1.2更为强大的网格处理能力;由于网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分;1.3由求解线性问题发展到求解非线性问题;随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许

4、多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性）；而对塑料、橡胶、陶瓷、混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材料的塑性、蠕变效应时则必须考虑材料非线性。1.4由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解;有限元分析方法最早主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。例如热力耦合问题、流固耦合问题等。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦

5、合场的求解必定成为CAE软件的发展方向；1.5程序面向用户的开放性随着商业化的提高，由于用户的要求千差万别，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等等。2适用的范围及在汽车设计中能解决的实际问题CAE与传统的工程验算或强度校核计算是一脉相承的，随着有CAE技术的完善，它已经成为现代产品开发中关键的一部分，核心作用是对产品质量的控制和提升。汽车CAE在国外已经得到非常广泛和深入的应用，通过对产品的全面仿真模拟计算，达到对产品性能的

6、全方位预演和掌控。在现代汽车企业的竞争中，产品的质量、成本和投放市场的周期是最核心的竞争力的体现。CAE在汽车开发中的作用也主要体现在这三个方面，它能指导设计工程师完成最优化的设计，计算机模拟又能大量的压缩样车试验论证的内容和周期。汽车CAE，几乎已经涵盖了我们对汽车性能要求的所有方面，包括刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等等；主要能解决的实际工程问题如下：2.1汽车碰撞及乘员安全性分析:汽车碰撞主要分为两个领域：结构碰撞分析和乘员安全分析。结构碰撞用来模拟在碰撞过程中汽车结构本身所表现出来的性能：主要吸能部件的能量吸收情况、乘员生存空间的变

7、化情况、与乘员接触区域的速度、加速度的变化等。通过修改结构、更换金属材料等方式提高汽车本身的耐撞性能，从而达到在设计初期优化设计、并缩短研发周期、节约经费的目的。当前主要的汽车结构碰撞法规有前碰、偏置碰、侧碰、后碰。汽车结构碰撞模型包括：有限元网格（车身、底盘、四门两盖、动力总成、转向系统、油箱及排气系统）、材料模型（汽车材料的应力应变曲线、应变率曲线、钣金料厚）、胶套的力学曲线（底盘、发动机悬置