先进制造导论作业1

先进制造导论作业
题目：CAE技术
作者：
学院：化学与化工学院
专业：过程装备与控制工程
学号：
时间：2010-12-23
CAE 技术
***
（省市 大学 学院 550003）
摘要：CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。

关键词：CAE 计算机 辅助 分析方法 数值计算
Abstract: CAE(Computer Aided Engineering)is with computer aided solving complex engineering and product structure strength, stiffness, buckling stability, dynamic response and heat conduction, three-dimensional multi-body contact, elastic-plastic mechanical properties such as analytical calculation and optimization design of structure performance problems such an approximation numerical analysis method. Has become engineering and product structure analysis of (such as aerospace, aviation, machinery, civil structures, etc) indispensable numerical tool is also analyzed continuous mechanical various problems one important method.
Keywords: CAE Computers Auxiliary Analysis method Numerical calculation 1前言：
CAE 从60
年代初在工程上开始应用到今天，已经历了30多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。

随着计算机技术的普及和不断提高，CAE 系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE 系统应运而生，并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C 系统(CAD/CAE/CAPP/CAM)的重要环节。

本文通过对CAE 技术的发展史及其在现实生活中的应用的介绍，展示了CAE 技术的强大功能及其发展前景。

2 CAE 技术的发展历史
CAE 技术研究始于20世纪50年代中期，其发展始终以CAE 软件的产生和发展为标志[1]。

CAE 软件可以分为两类：针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，称之为专用CAE 软件;可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE 软件。

CAE 技术应用
CAE 软件的主体是有限元分析(FEA ，Finite Element Analysis)软件。

商品化的CAE 软件出现于70年代初期，到80年代中期CAE 软件在可用性、可靠性和计算效率上已基本成熟[2]。

3 21世纪的CAE 技术
CAE 的技术种类很多，包括有限元法（FEM ）、边界元法（BEM ）、有限差分法（FDM ）等，其中最常用的技术是有限元法。

CAE 软件21世纪初期的发展特点 a)应用越来越广：浸透到各种新生的领域，生物，纳米，分子；深入于各种成熟的领域：固体力学，流体力学。

b)现象越来越复杂，跨专业。

c)规模越来越大：平行技术应用于计算，网格，结果处理。

d)精度越来越高，丢不掉实验。

e)计算越来越快，硬件变化 UNX-HPC 。

f)和生产结合越来越紧密，优化技术的应用。

g)软件产品化，产品全球化，硬件价格大幅降低。

目前，CAE 技术已经在整个装备制造业，研究院所普及开来。

进入了快速进化期。

从诸多方面得到了长足发展: 从单纯的结构计算到求解多物理场耦合问题；由求解线性工程问题发展到非线性问题；增强可视化的前处理建模工具和分析结果后处理工具；从手工化逐步向自动化发展；从单一分析功能向平台化发展；从军工转向民用[3]。

CAE 的作用有
a)增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本;
b)缩短设计和分析的循环周期;
CAE 技术
CAE 技术
c)CAE 分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性;
d)采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; e)在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题;
f)模拟各种试验方案，减少试验时间和经费;
g)进行机械事故分析，查找事故原因。

CAE 软件的又一特点是与通用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,可直接或间接的导入到CAE 软件中进行前处理工作。

今天,工程师可以在集成的CAD 和FEA 软件环境中快捷地解决一个在以前无法应付的复杂工程分析问题。

4现在的优缺点
传统的工业皆依据个人的经验累计而成，同时以经验做出初步的设计，再由此初步的设计去做出原始的模型，此种方法费时且成本非常的高。

若使用CAE ，则在设计图完成后即连接CAE ，作各式各样的分析，并且导入最优化模型，即可在短时间内完成产品
CAE 软件的优点在于它能够对特定产品进行性能分析、预测和优化，也可以对通用产品进行物理、力学性能分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品
的技术创新。

人们运用CAE技术，可以对其创新的设计方案快速实施性能与可靠性分析，并进行虚拟运行模拟，及早发现设计缺陷，在实现创新的同时，提高设计质量，降低研究开发成本，缩短研究开发周期。

现阶段CAE技术发展缺点有
a)普及率低：大企业，美国，欧洲，
日本，中国：30~60%?
中小企业，日本，美国，欧洲，中国：3~5%?
b)国产软件市场阻力大：“塑料成型CAE计算机辅助工程分析）软件对提高塑料模具质量有重要作用。

可是现在国产的CAE 软件和者盖寡。

塑料企业对CAE软件普遍不重视，很少有企业主动采用。

可以说，国产CAE软件的市场阻力非常大。

”[4]
5 CAE
未来发展趋势
CAE软件示意图
CAD（计算机辅助设计）在制造行业的设计领域已经相当普及，但与它深有渊源的CAE却总被认为是阳春白雪，似乎只有大型企业用户才使用CAE。

但实际上，只要有制造的地方都需要CAE，包括对所设计事物各种静态、动态属性的仿真分析等。

21世纪企业要适应市场竞争的全球化、产品生命周期日益缩短和竞争加剧的环境，要在激烈的市场竞争中求生存、求发展，必须在最短的时间内生产出适应市场需求的产品。

建立一个强大的CAE体系是使企业立于不败之地的迫切需要，也是中国制造业数字化工程的需要[5]。

对于高度复杂的问题，与专业的分析团体合作进行问题攻关已成为国际共识。

现在流行的仿真咨询方式有领航员计划、联合攻关、分析项目承接、企业工程分析部、用户化开发、行业化开发等，这些工作的进行无不需要强大的CAE技术参与其中。

6小结：
目前，CAE技术正向着平台化的方向发展，服务于产品全寿命周期，日益成为联系产品设计、制造与终端用户的技术纽带。

随着高性能计算机系统的发展，CAE技术将成为工程师实现其工程创新和产品创新的得力助手和有效工具。

可以预测在未来的发展中，CAE技术的发展和应用就像当年CAD技术的使用一样得到普及[6]。

参考文献：
【1】丁渭平汽车CAE技术[M]。

成都市：西南交通大学出版社，2010.02,3-4.【2】丁渭平汽车CAE技术[M]。

成都市：西南交通大学出版社，2010.02,3-4. 【3】崔晓帆从幕后走到台前的CAE技术/html/tech/16/162 585.shtml 2009-10-29
【4】孙瑞华国产CAE软件为何和者盖寡[J]。

中国化工报 ,2005.02.04
【5】田锋含蓄的CAE正在火起来（二）[J]. 中国航空报，2005.07.29
【6】练章华现代CAE技术与应用教程[M]。

北京市：石油工业出版社，2005.01，1-7.
作者简介：
联系方式：大学学院550003
邮箱：@
手机：。