CAE技術(shù)及軟件簡介

2013-06-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

CAE技術(shù)是在上世紀(jì)50年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種技術(shù),到目前為止,其技術(shù)發(fā)展主要已經(jīng)有五代了,其應(yīng)用范圍、領(lǐng)域及結(jié)果的準(zhǔn)確性已經(jīng)達(dá)到很高的程度,在各種設(shè)計(jì)領(lǐng)域里面大展身手;而隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展,CAE技術(shù)也從軍工、國防等領(lǐng)域逐漸轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域的應(yīng)用。近幾年,國內(nèi)隨著設(shè)計(jì)需求和創(chuàng)新需求及外部環(huán)境的變化,CAE技術(shù)也逐漸的在各個領(lǐng)域得以應(yīng)用,為設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性貢獻(xiàn)了很大的力量。
王毅來源:e-works
關(guān)鍵字:CAE 簡介系統(tǒng)構(gòu)成分類

一、CAE技術(shù)簡介
1.1 CAE的基本概念
CAE:Computer Aided Engineering的中文翻譯,一般為計(jì)算機(jī)輔助工程或者用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),還有人稱之為計(jì)算機(jī)輔助分析等。下面是對CAE概念的一些定義:
CAE是對各種各樣的物理現(xiàn)象進(jìn)行仿真的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)之一;
CAE是一種工具,它能對各種形式的方案用計(jì)算機(jī)模擬來進(jìn)行校核,并提出最優(yōu)設(shè)計(jì)方案;
CAE是一種用計(jì)算機(jī)來對設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或零件的性能,功能和安全性進(jìn)行仿真的技術(shù)。

從CAE技術(shù)發(fā)展來看,主要有3種技術(shù):
A 有限元法(Finite Element Method)
B 邊界元法(Boundary Element Method)
C 差分法(Finite Difference Method)
目前應(yīng)用最多、最廣的為有限元法,所以有些人稱CAE為有限元分析,有限元法通常也稱之為:FEM (Finite Element Method)法,有限元分析通常稱之為:FEA(Finite Element Ansys)。
1.3 CAE的應(yīng)用領(lǐng)域

現(xiàn)在CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣泛,幾乎覆蓋了設(shè)計(jì)領(lǐng)域的各個方面;
大型通用有限元軟件能夠有效解決各類大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、屈曲、模態(tài)、動力學(xué)、熱力學(xué)、非線性、(噪)聲學(xué)、流體-結(jié)構(gòu)耦合、氣動彈性、超單元、磁場、流體動力學(xué)、慣性釋放及結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠性設(shè)計(jì)等問題。
對制造領(lǐng)域而言,目前的專業(yè)軟件能夠解決金屬制造過程,如鑄造、鍛壓、擠壓、沖壓、切削等問題,對塑膠類可以進(jìn)行模流分析、粉末冶金等等。
1.4 CAE的作用

從理論上對“設(shè)計(jì)”進(jìn)行可行性的驗(yàn)證,在物理樣機(jī)試驗(yàn)之前發(fā)現(xiàn)缺陷,從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案;并對物理試驗(yàn)進(jìn)行理論指導(dǎo)。
它的作用是:通過分析,發(fā)現(xiàn)理論缺陷,并及時(shí)更正設(shè)計(jì),由于不需要進(jìn)行物理樣機(jī)制造,計(jì)算速度快,并排除掉大部分的不可靠的設(shè)計(jì)方案,所以可以減少設(shè)計(jì)失誤、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量、縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)費(fèi)用。

1.5 CAE在制造性設(shè)計(jì)流程中的應(yīng)用

目前的CAE技術(shù)的應(yīng)用從早期的設(shè)計(jì)后期的測試階段,轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)前期的零件設(shè)計(jì)階段。在零件設(shè)計(jì)階段就引入CAE技術(shù),是近幾年CAE發(fā)展的應(yīng)用熱點(diǎn)。
二、CAE系統(tǒng)構(gòu)成簡介
CAE 系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分構(gòu)成:
硬件系統(tǒng):
普通PC、計(jì)算服務(wù)器、超級計(jì)算機(jī);
軟件系統(tǒng):
CAE程序(如Ansys、Patran、Marc等)
一般來說,CAE軟件系統(tǒng)是由3部分構(gòu)成的:即由前處理部分,后處理部分,以及求解器部分3部分組成。
前處理:生成分析所需要的幾何形狀,設(shè)置材料及載荷條件,邊界條件等,并生成計(jì)算文件供求解器使用。
求解器:把前處理生成的計(jì)算文件進(jìn)行計(jì)算,此階段基本不需要人工參與,由計(jì)算機(jī)自動運(yùn)行,計(jì)算時(shí)間跟計(jì)算規(guī)模和硬件系統(tǒng)有關(guān)。
后處理:顯示求解器的計(jì)算結(jié)果,并導(dǎo)入或?qū)С鱿嚓P(guān)的數(shù)據(jù)。
三、CAE軟件分類
CAE按照不同的分類方式,可以有多種分類,下面重點(diǎn)介紹以下幾類:
3.1 按照軟件系統(tǒng)構(gòu)成分類:
市場上銷售的CAE軟件中,具有以下3種類型:
(1)具有前后處理兩方面功能的專用軟件;(Patran、Marc. Mentent、HyperWorks等)
(2)只具備求解功能的軟件;(Marc、Ls-Dyna、Nastran等)
(3)前后處理和求解器連為一體的軟件。(Deform、Cosmos、Abaqus、Ansys等)
3.2 按照軟件的求解范圍分類:
CAE軟件按照求解范圍可以分為兩類,一類是大型通用有限元軟件,另一類是專用有限元軟件。
大型通用結(jié)構(gòu)有限元軟件:
Nastran、Ansys、MARC、LS-DYNA、NX-Nastran(UGS)、cosmos(Solidworks)等。
某個領(lǐng)域的專用有限元程序:
PAM-STAMP(沖壓)、Deform(鍛壓、擠壓)、Simufact.Forming(鍛壓、擠壓)、Dynaform(沖壓)、MoldFlow(模流分析)等等。
四、CAD系統(tǒng)中直接應(yīng)用的CAE軟件簡介
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)計(jì)要求的變化,以及CAE軟件的易用性越來越好,CAE技術(shù)從剛開始的專業(yè)人員手中,逐漸的走到普通的設(shè)計(jì)人員手中,分析的流程也從設(shè)計(jì)后期的驗(yàn)證轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)前期或者設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用。
近幾年,隨著簡化分析流程需求的增加,在CAD系統(tǒng)中直接應(yīng)用CAE軟件,而不需要頻繁的將模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換或者處理要求,大部分主流的3D設(shè)計(jì)軟件都增加了自己的分析模塊或者配合了分析模塊。
CATIA V5平臺中,有自己的通用結(jié)構(gòu)分析軟件,也可以和其他的第三方的分析軟件集成應(yīng)用,如MSC.Nastran、ABAQUS、PAM-STAMP等等多家公司的產(chǎn)品都有和CATIA集成。
UGS-NX:UG-NX有自己的通用結(jié)構(gòu)有限元軟件NX-Nastran;(這里要解釋一下MSC.Nastran和NX-Nastran的區(qū)別,MSC.Nastran當(dāng)年因?yàn)閴艛嗔嗣绹耐ㄓ媒Y(jié)構(gòu)有限元市場,違反了美國的反壟斷法,所以將“全部”的源代碼給到了UGS,UGS在其基礎(chǔ)之上及后來收購的I-DEARS開發(fā)了NX-Nastran,從求解精度上說,兩者目前的差距是巨大的,MSC公司為專業(yè)的有限元軟件公司,目前的CAE市場份額全球第一)NX平臺上還有其他的一些專業(yè)的CAE軟件也可以在其上應(yīng)用,這里就不一一舉例了。
Solidworks:SolidWorks是目前少數(shù)幾個擁有自己的CAE產(chǎn)品的CAD軟件供應(yīng)商,其CAE產(chǎn)品為SolidWorks Simulation,主要有三部分:
SolidWorks Simulation 為大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件。
SolidWorks Motion 為運(yùn)動仿真軟件,求解器為MSC公司的Adams。
SolidWorks Flow Simulation 為流體分析軟件。
由于Solidworks的開放性很高,現(xiàn)在也有一些其他的專用有限元軟件可以直接集成在SolidWorks環(huán)境里直接應(yīng)用,如:BlankWorks、MoldFlow等。