[精品]工程、力学与CAE

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1、工程、力学与CAE杨鼎宁【摘要】CAE-I-年合纵连横，阐述CAE集成性、开放性、交叉性、鲜活性及其与工程力学关系；论述CAE思维；结合水电/核/航天/航空/舰船/工程机械/汽车开发实践，总结CAE经验，并对CAE未來发展做进一步展望【关键词】CAE有限元力学1引言：从工程力学到CAE纵览力学六十年发展，呈一放一收两个历程。力学发展“放”的历程是呈发散性，发生于上世纪五十年代到八十年代，发育出很多新的分支，形成很多各异的理论，力学向纵深领地拓展。但专业化程度越来越高意味著研究的而越来越窄，解决专业性极强的理想（简化、忽略工程细节或粗枝人叶）问题。

2、“放”的进程使力学家彼此越来越远；力学发展“收”的丿力程发生于近二十年，以CAE的形式体现，把各类工程往一•起收，寻求在一个平台内解决，力学也随之收网，力学家愈走愈近，称之为CAE集成——基TCAE统一的平台、算法，统筹调用各类资源，对工程问题形成完美的包络，给出终极解答（TOTALSOLUTION）o传统力学在实践中的应用受限，源于其太提炼，太单纯。CAE覆盖的门类更多、更金,波及的领域更宽、更广，此时没有系统的理论引导，将失Z泛泛。工程师为此常感到无从下手，进退维谷，束手无策。这要求我们学会CAE思维，懂得其开放性、交叉性、鲜活性。2CAE的

3、开放性、交叉性、鲜活性传统力学的封闭性，体现在它的各个分支，是封闭的。传统力学课程（理论力学/材料力学/结构力学）划分，以及力学专业划分，一定程度上有其合理性，每门力学都有严格的范畴，所求的是'定解'，定向（打靶式）解决专业性强的工程问题，工程力学专家、固体力学专家、一般力学专家、流体力学专家，都是各关注各自的领域，各组织各的会议。而CAE搞的是融汇，它沿着力学分解的反方向走，寻求打破学科划分的界限一AE是开放的，海纳百川，它以工程为中心，吸纳各类资源，组织系统化分析平台，追求工程力学/--般力学/固体力学/流体力学的完美归一。CAE也具有交叉性

4、。CAE考验工程师融会贯通的能力，要求工程师审时度势，通盘考虑，统筹各类技术，把离散的知识融入有限的网格之中。工程中的问题活，它并不是按已经划分的学科类别出现；CAE也是活的，CAE讲求积极、主动、人胆地破解结构，灵活地组织资源，个性化地赋予载荷、边界条件。CAE追求原滋原味、高保真，保留尺度大大优于传统力学中的简化。这和传统力学個化、定格化做法有着质的区别，相对查表、翻于-册匹配载荷/边界的做法，CAE更像是一场“跨界”人穿越，在无垠的巨维空间里搜寻最佳搭档。1CAE思维工程中的所有力学问题，基本上手算可以求解的，都可以用CAE比划出来。而CA

5、E的后处理结果，需要你有一定的力学基木功，方能鉴赏。这里体现了CAE与力学的一致性。求解工程问题吋，也应该是这样，把你的思维提高到CAE层面，用网格的眼光来审视周碉的结构，感觉会不一样，思维与结构的胶着，就是模型的落点。这时的结构，有别于先前硬生牛的实体，也有别于理论（弹性力学、结构力学）解析下的矩阵、方程，你会感悟真识结构Z源，CAE思维给人新的灵感启悟。杨振宁曾说过，学英语学通了的意境，就是当你能卜•意识地用英语去思考的意境，同样，CAE,入境的时候，就是满眼望过去，都是白花尼网格的时候。2CAE二十年合纵连横从业二十年来，我先后解决几个行业

6、典世问题，下血一一简更介绍：1992年国内引进CAE,哈尔滨大电机研究所装了十台I-deas,计算转了强度时发现，软件在处理叶片和转轮的配合问题时失灵，正确的叶片载荷导致错误的转轮应力结果。接触区域计算值高出实际测量值170%以上。究其原因，在于软件给定的GAP单元“不好用”,当时哈电人才济济，一部分人鉴于CAE软件的内核不透明，主张退冋到手编《Fortran》程序，另有一部分北大清华元老认为有限元方法不可靠，应该一步到位退回到解析。面对如此局面，为破解接触算法，树立CAE的信心，下了一番苦功。翻杳User'sGuide、User'sManual

7、都不解决问题，接下來，我们根据软件链接的算法查GAP元原始英文文献，与用户手册一-对比，探索GAP元届定的空间关系、迭代顺序、主体算法和求解脉络，并对典型问题以于工加载方式跟踪受迫节点组，一步步人工迭代，考察间隙一接触、接触一间隙变化过程,每一步都探究到底，并实时与内核方程及前后台结果相联系。总计调取十二种典型工程问题，从低阶到高阶，由一维到二维再到空间，点接触、线接触到平而/曲而接触，综合考证,摸清接触单元的原理和内在规律。付诸运用时，采用对角顶置技术，模型与求解器越位卡接，耦联叶片转轮动态接触与软件求解内核，顺畅仿真，取得立竿见影的实效，与水

8、电站现场釆集的实测值完美对接。当时所作的《江口转轮报告》作为《小日水电交流会》的首发技术成果，给国际电气同行很大震撼，成为中国破解水电技