ANSYS软件第1讲CAE总体概貌

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1、现代CAE技术练章华教授1教材：练章华主编：《现代CAE技术与应用教程》北京：石油工业出版社，2004.122上机时间：上课时间第9周开始(星期二、四晚上8:10～10:00)上机地点：计算站BC4033上课成绩(平时成绩)：30%上机实验成绩：40%工程应用大作业：30%4第1章CAE总体概貌第1讲一、现代CAE技术二、有限元法的提出和发展三、工程分析问题四、ANSYS应用实例介绍5一、现代CAE技术CAE英文全称为：ComputerAidedEngineeringCAE中文名词为：计算机辅助工程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

2、计算技术而形成的一门综合性、知识密集型的学科，它包括了工程和制造业信息化的所有方面，其相关的软件就称为CAE软件。6一、现代CAE技术1.传统设计过程2.现代设计法7*引进国外先进软件促进机械行业飞跃发展我国机械企业普遍存在的问题产品开发能力弱，开发周期长，产品更新慢，且整体水平低，市场占有低，进而导致经济效益低，与先进国家相比，存在着较大的差距。国家科委将“CAD/CAE应用工程及示范”列为“九五”15项重中之重的项目之一。机械部科技司1996年组织百家重点企业召开了“1550工程”会议。引进国外先进的CAD/CAE/CAM软件成为必然的趋势应用现代高科技的计算机软、硬件8使用CAE

3、软件必须具备的背景知识学历：本科生以上背景知识机械数学力学电磁学机械设计基础机械振动理论数值计算方法数学物理方法有限单元法等固体力学流体力学传热学工程力学(理力、材力)弹塑性力学弹性断裂力学岩石力学等丰富的工程、科研应用经验并非一般的CAD软件9设计循环概念设计1.传统设计过程分析物理样机测试详细设计产品设计瓶颈设计瓶颈102.现代设计法模拟参数设计虚拟样机验证分析优化概念设计详细设计物理样机产品设计(CAD)1虚拟样机(CAE)2加工CAM311121.有限元法：是根据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法实现解析方法无法求解的问题边界条件和结构形状都很不规则的复杂结构，是一种非常有

4、效的现代分析方法。二、有限元法的提出和发展132.有限元法基础：结构离散和分片插值连续的弹性体有限自由度离散有限个单元划分每个单元满足连续条件节点跨单元的连续性从能量原理出发建立起整体控制方程求解线性代数方程组得到结构的位移场以及应力场等无限多自由度143.有限元法提出：首先是从航空结构设计中提出来的。4.有限元法起源：可以追朔到20世纪50年代。结构矩阵分析方法运算手段电子计算机美国波音公司的J·Turner英国伦敦大学的J.H.Argyris有限元法正是在这种新方法的基础上发展起来的。151960年美国加州大学伯克利分校的R.w.Clough教授第一次正式使用“有限单元”(Fini

5、teElement）Zienkiewicz教授则被誉为解决难题的能手。和他齐名的美国J.T.Odne教授、R.L.Taylor教授以及卡学璜教授等都是从工程界出身。这也正好说明有限元法是工程和数学相结合的产物开发大型通用有限元结构分析程序SAP的K.J.Bathe教授和L.Wilson教授有限元法的著名大师、英国皇家学会会员O.C.Zienkiewicz教授Clough教授所作的杰出贡献16历史典故1结构分析的有限元方法是由一批学术界和工业界的研究者在二十世纪50年代到二十世纪60年代创立的。有限元分析理论己有100多年的历史，是悬索桥和蒸汽锅炉进行手算评核的基础。17历史典故2早期A

6、NSYS是随计算机硬件而发展壮大的。ANSYS最早是在1970年发布的，运行在价格为＄1,000,000的CDC、由Univac和IBM生产的计算机上，它们的处理能力远远落后于今天的PC机，一台奔腾PC机在几分钟内可求解5000×5000的矩阵系统，而过去则需要几天时间。18解析方法求出精确解的只是方程性质比较简单，且几何边界相当规则的少数问题.现代数学力学理论现代科学技术的产物—计算机+满足工程要求的数值解数值模拟技术推动现代工程学形成和发展5.数值模拟技术19弹性力学平面问题静力平衡问题弹性材料固体力学从分析和校核6.有限单元法总结空间问题板壳问题扩展到稳定问题动力问题波动问题扩展

7、到塑性粘弹性粘塑性复合材料等扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合扩展到三十多年来20随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展可以预计有限单元法作为一个具有巩固理论基础和广泛应用效力的数值分析工具必将在国民经济建设和科学技术发展中发挥更大的作用，其自身亦将得到进一步的发展和完善。21固体力学电磁学振动特性分析传热学流体力学位移场应力场分析电磁场分析温度场分析流场分析在给定边界条件下求解其控制方程