CAE各软件介绍.ppt
第一讲常用CAE软件介绍
PAM-STAMP 2G －板金成形过程的有限元计算机模拟 系统
PAM-SAFE 2G －基于有限元算法的汽车被动安全性模 拟分析系统
PAM-FLOW －空气动力分析软件，适用范围从涡轮机 到汽车阻力系数。
CFX软件
CFX是全球第一个通过ISO9001质量认证的大 型商业CFD软件，是英国AEA Technology 公 司开发，2003年被ANSYS公司收购。主要模块 有： ICEM-CFD－前处理模块 Bladgen－交互式涡轮机械叶片设计工具 TurboGrid－旋转机械叶片网格生成软件 Tascflow－旋转机械工程CFD软件
ANSYS软件系统
ANSYS是一个功能强大的有限元分析与优化设计系统，可用来求 解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。已广泛应用于航空 航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、 微机电系统、运动器械等领域。主要产品有： Mechanical-ansys结构分析模块 CFX－ansys流体动力学分析模块 EMAG－ansys电磁场分析模块 FEKO－ansys大尺寸高频电磁场分析模块 Workbench－ansys协同仿真环境 ICEM-CFD－ansys CFD的前后处理器 DesignModeler－ansys全参数化实体建模模块 DesignXplorer VT－ansys优化模块 TurboGrid－涡轮机械叶栅通道网格划分 BladeGen－交互式涡轮机械叶片设计 CivilFEM－土木工程专用分析模块 Fe-Safe－ansys高级疲劳分析模块
专用类软件系统（1）
计算流体力学类软件 Fluent软件 Star-CD软件 CFX软件 ESI CFDRC软件 PHOENICS软件
CAE的综述ppt课件
管理信息 系统
计算机图形技术
CAE系统中表达信息的主要形式是图 形，特别是工程图。在CAE运行的过 程中，用户与计算机之间的信息交流 是非常重要的。交流的主要手段之一 是计算机图形。所以，计算机图形技 术是CAE系统的基础和主要组成部分。
三维实体造型
工程设计项目和机械产品都是三维空 间的形体。在设计过程中，设计人员 构思形成的也是三维形体。CAE技术 中的三维实体造型就是在计算机内建 立三维形体的几何模型，记录下该形 体的点、棱边、面的几何形状及尺寸， 以及各点、边、面间的连接关系。
工程数据管理技术
CAE系统中生成的几何与拓扑数据，工程机械，工 具的性能、数量、状态，原材料的性能、数量、存 放地点和价格，工艺数据和施工规范等数据必须通 过计算机存储、读取、处理和传送。这些数据的有 效组织和管理是建造CAE系统的又一关键技术，是 CAE系统集成的核心。
工程管理的成败，取决于能否做出有效的 决策。一定的管理方法和管理手段是一定
专用类软件系统－针对特定类型的工程或者产品所 开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件， 因在某个领域的应用而见长；
MSC
Ansys
Abaqus
通
用
Adina
类
软
Algor
件
I-deas
Ls-dyna
Cosmol
ESI系列
计算流体
建筑结构类
钢结构类
专 用
多体动力学类
类
结构优化类
软 件
转子动力学类
声场类
2020/1/13
机电工程与自动化学院
3
2、CAE的基本过程
2020/1/13
机电工程与自动化学院
4
3、CAE分析的步骤
CAE各软件介绍全解读
CAE各软件介绍全解读CAE（计算机辅助工程）是一种利用计算机仿真技术来辅助工程师进行工程设计、分析和优化的方法。
CAE软件是实现这一目标的关键工具，用于模拟各种物理现象和工程场景，从而帮助工程师进行设计和分析。
下面是对几款常见的CAE软件进行介绍。
1.ANSYS：ANSYS是一款综合性的CAE软件，具有丰富的分析工具和模块，用于解决各种工程问题。
它可以模拟结构分析、流体力学、电磁场、声学等多个领域，并且支持多物理场耦合分析。
ANSYS具有强大的前后处理功能，可以对模型进行建模、网格划分、结果分析等，同时还提供了优化和参数化建模功能。
2. MSC Software（Nastran、Patran）：MSC Software是一系列用于结构和动力学分析的CAE软件的统称。
其中，Nastran是一款强大的有限元分析软件，用于结构分析和优化；Patran是一个前后处理软件，用于建模、网格生成和结果后处理。
这两款软件通常搭配使用，可以进行复杂的结构动力学分析和优化。
3. Siemens PLM Software（NX CAE、Femap）：Siemens PLM Software 提供了一系列用于CAE的软件工具。
NX CAE是一款功能强大的CAE软件，支持多物理场耦合分析，如传热、流体力学、结构等，并集成了优化和参数化建模功能。
Femap是一款前后处理软件，用于建模、网格划分和结果后处理。
NX CAE和Femap的结合可以实现全流程的CAE分析。
4. Altair HyperWorks：Altair HyperWorks是一个集成的CAE软件套件，包含了多个模块和工具，可用于多领域的工程分析。
它具有强大的优化和参数化建模功能，支持流体力学、结构和多物理场耦合分析。
HyperWorks还提供了高效的前后处理功能，并与多种CAD软件进行无缝集成。
5. COMSOL Multiphysics：COMSOL Multiphysics是一款用于多物理场耦合模拟的CAE软件。
CAE及各类软件的介绍
CAE及各类软件的介绍(2009-05-21 17:03:39)标签：有限元法ls-dyna ansys结构力学itCAE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。
其中有限元法应用的领域越来越广泛，现已应用于结构力学，结构动力学，热力学，流体力学，电路学，电磁学等，而越来越多的发展，更结合不同的领域，即多物理场耦合分析，像流体与结构力学的结合，推动着CAE的发展。
现在工业的进步，从很大程度上来讲得力于计算机科技的发展。
计算机软件用于产品的开发、设计、分析和制造，已成为近代工业提供竞争力的主要方法。
计算机辅助设计（CAD）即使用计算机软件直接从事图形的绘制与结构的设计。
计算机辅助工程（CAE）是用工程上分析的过程及计算方法来辅助工程师做设计后的分析或进行同步工程。
而计算机辅助制造（CAM）是直接用计算机来辅助操作各种各样的精密工具机器以制造不同的零组件。
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。
其中有限元法应用的领域越来越广泛，现已应用于结构力学，结构动力学，热力学，流体力学，电路学，电磁学等，而越来越多的发展，更结合不同的领域，即多物理场耦合分析，像流体与结构力学的结合，推动着CAE的发展。
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。
下面重点介绍一下CAE中最常用的技术：有限元法。
1有限元法将实体的对象分割成不同大小，种类，小区域称为有限元。
根据不同领域的需求推导出每一个元素的作用力方程，组合整个系统的元素并构成系统方程组，最后将系统方程组求解。
该法具有以下特色：1）整个系统离散成有限个元素2）处理过程简明3）利用能量最低原理与泛函数值定理转换成一组线性联立方程组4）需庞大的资料输出空间与计算机内存，比较耗时5）适用于线性与非线性6）无限区域的问题较难仿真有限元法的出现，使得许多科学理论在技术上得以实现，得以应用，极大的推动了人类技术的发展。
CAE软件介绍
CAECAE(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。
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。
CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。
此时得到的基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。
求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。
根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%～45%用于模型的建立和数据输入，50%～55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。
针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。
同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图，以及随机械载荷和温度载荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。
材料成型计算机模拟分析(各种仿真软件介绍)课件
• 4） 塑性理论中关于塑性应力应变关系与硬化 模型有多种理论，材料属性有的与时间无关， 有的则是随时间变化的粘塑性问题；于是，采 用不同的理论本构关系不同，所得到的有限元 计算公式也不一样。
• 5） 对于一些大变形弹塑性问题，一般包含材 料和几何两个方面的非线性，进行有限元计算 时必需同时单元的形状和位置的变化，即需采 用有限变形理论。而对于一些弹性变形很小可 以忽略的情况，则必需考虑塑性变形体积不变 条件，采用刚塑性理论。
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• 结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应 力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对 结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的 静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以 进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变 形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构 或部件的响应随外载荷不成比例变
• 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题， 包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三 种。
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弹塑性有限元
• 在塑性变形过程中，如果弹性变形不能忽略并 对成形过程有较大的影响时，则为弹塑性变形 问题，如典型的板料成形。在弹塑性变形中， 变形体内质点的位移和转动较小，应变与位移 基本成线性关系时，可认为是小变形弹塑性问 题；而当质点的位移或转动较大，应变与位移 为非线性关系时，则属于大变形弹塑性问题； 相应地有小变形弹塑性有限元或大变形（有限 变形）弹塑性有限元。
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有限元软件ANSYS
• ANSYS 软件是由世界上最大的有限元分析软件公司之 一的美国ANSYS 开发，是集结构、流体、电场、
• 磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
• ANSYS 的前处理模块提供了一个强大的实体建模及网 格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型。
cae软件有哪些 (2)
CAE软件有哪些CAE（Computer-Aided Engineering，计算机辅助工程）是利用计算机技术来辅助工程师进行工程分析和设计的过程。
它利用数学建模和仿真技术，可以对各种工程问题进行分析和求解，从而提高工程设计的效率和质量。
在工程领域，有许多常用的CAE软件可以帮助工程师进行分析和设计任务。
这些软件涵盖了从结构力学分析到流体力学分析等各个领域。
下面我们将介绍一些常见的CAE软件。
1. 梁科仿真 LISA梁科仿真（LISA）是一款常用的结构力学分析软件。
它可以进行静力学和动力学分析，支持线性和非线性材料特性的建模，并具备各种附加模块，如疲劳分析、非线性接触分析等。
LISA采用了直观的图形用户界面，使得使用者可以快速建模和分析结构，提高工程设计的效率。
2. 有限元分析软件 ANSYSANSYS是一款非常强大的有限元分析软件，可以进行结构力学、流体力学、电磁场等多学科的工程分析。
它提供了丰富的建模和分析工具，支持复杂几何模型的建模，并具备高级的材料模型和边界条件设置。
ANSYS还提供了强大的后处理工具，用于可视化和分析仿真结果。
3. 塑料材料分析软件 MoldflowMoldflow是一款专注于塑料注塑工艺分析的软件。
它可以模拟注塑过程中的熔融流动、冷却和收缩等物理过程，并预测零件的缺陷和变形情况。
Moldflow可以帮助工程师优化注塑工艺参数，提高产品质量和生产效率。
4. 流体力学分析软件 FluentFluent是一款广泛应用于流体力学分析的软件。
它能够模拟各种流体力学现象，如流动、传热和传质等。
Fluent支持多物理场耦合和多相流模拟，适用于包括空气动力学、燃烧和化学反应等领域的工程分析。
5. 电磁场分析软件 CST Studio SuiteCST Studio Suite是一款用于电磁场仿真的软件。
它能够模拟各种频段的电磁场现象，包括高频电磁场、微波和光波等。
CST Studio Suite提供了丰富的建模和分析工具，可以模拟电磁波传播、天线设计和EMC/EMI分析等应用。
CAE常用软件介绍
CAE常用软件介绍1.ANSYSANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，提供了多种分析模块，包括结构力学、流体力学、电磁场分析等。
它可以模拟和优化各种物理现象和工程应用，如风力发电机设计、汽车车身强度分析等。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于结构、流体和耦合场问题的有限元分析软件。
它拥有先进的非线性和动态分析功能，适用于复杂的工程结构和材料力学问题的建模和分析。
3.CATIACATIA是一款综合性的CAD/CAM/CAE软件，广泛用于制造业和工程设计领域。
它提供了丰富的建模和分析工具，可用于设计和优化各种产品和系统，如飞机、汽车和工业机械等。
4. SolidWorksSolidWorks是一种基于特征的CAD软件，也提供了强大的CAE功能。
它可以进行结构、流体和热传导等多学科仿真分析，并提供了友好的用户界面和直观的建模工具，方便工程师进行设计和分析。
SOLCOMSOL Multiphysics是一款多物理场仿真软件，可用于求解结构力学、流体力学、电磁场和热传导等多学科问题。
它采用有限元方法和其他数值方法，适用于各种工程领域的模拟和优化。
6. MSC NastranMSC Nastran是一款广泛应用于结构力学和动力学分析的有限元软件。
它支持多种线性和非线性分析，可用于求解复杂的结构静力学、动力学和疲劳分析问题。
7. HyperMeshHyperMesh是一款用于前期建模和网格生成的软件，适用于各种CAE分析工作。
它提供了丰富的建模和网格处理工具，可以有效地准备复杂模型进行后续分析。
8.LS-DYNALS-DYNA是一款用于仿真和分析动力学和非线性问题的有限元软件。
它广泛应用于汽车碰撞、弹性体碰撞和爆炸等复杂动态仿真问题。
以上介绍的CAE软件只是其中的一部分，随着技术的不断发展，新的CAE软件不断涌现。
每种软件都有其特定的优势和适用领域，工程师可以根据具体问题的需求选择合适的软件进行分析和优化。
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六面体 C3D8I
DC3D8
ABAQUS有限元计算
材料：
*SOLID SECTION, ELSET=SOLID_box, MATERIAL=HT280 *MATERIAL, NAME=HT280
静态机械应力计算： *ELASTIC 1.1e+5, 0.27
温度场计算： *Conductivity 0.04834 *Density 7.35e-09 *Specific Heat 0.048
几何模型
4
1
S1
3
2
网格模型
12, 1.0 , 0.0 , 2.0
*ELEMENT,TYPE=DC3D8,ELSET=SOLID_box
1, 1, 4, 3, 2, 5, 8, 7, 6 2, 5, 8, 7, 6, 9,12,11,
单元类型 应力计算 四面体 C3D10M
温度场计算 DC3D10
10
S4
S3
S1
定义面：
*SURFACE,TYPE=ELEMENT,NAME=srf_2 2, S2
定义节点集：
*NSET, NSET=NSet_1 1, 2, 3, 4
定义单元集：
*ELSET, ELSET=Eset_box 1, 2
ABAQUS有限元计算
结果输出：
**odb文件：
*OUTPUT, FIELD, FREQ=99 *NODE OUTPUT, NSET=节点集
ABAQUS有限元计算 文件类型说明：
ABAQUS有限元计算
螺栓预紧力：
定义螺栓预紧属性：
*NODE, NSET=NSet_boltPret 999901, 0.0, 0.0, 0.0
*PRE-TENSION SECTION, NODE=999901, SURFACE=SURF_B34
在STEP中施加预紧力:
0.2
捆绑接触：
*CONTACT PAIR, TIED, ADJUST=0.1, INTERACTION=up_botBox srf_upBox_1, srf_bottomBox_0 *SURFACE INTERACTION, NAME=up_botBox
热应力计算： *ELASTIC 1.1e+5, 0.27 *Expansion 1.05e-05,
单位
长度 质量 时间 力
毫米 (mm) 吨 (t) 秒 (s) 牛 (N)
弹性模量 密度 导热系数 比热
MPa t/mm3 mW/(mmK) mJ/(t K)
换热系数 线膨胀系数
mW/(mm2K) 1/K
ABAQUS有限元计算
约束与载荷：
S2
热应力计算：
*INITIAL CONDITION, TYPE=TEMPERATURE Nset_box, 70
**节点集, 温度 *STEP *STATIC
1,1 *Temperature, file=temperature.odb **约束、载荷施加同机械应力计算 *END STEP
*CLOAD 999901,1,10000
SURF_B34
ABAQUS有限元计算
接触问题：
接触对：
*CONTACT PAIR, SMALL SLIDING, ADJUST=0.1, INTERACTION=up_botBox
srf_upBox_1, srf_bottomBox_0 *SURFACE INTERACTION, NAME=up_botBox *FRICTION
U *ELMENT OUTPUT, ELSET=单元集
S, SP, SINV , E
**fil文件
*NODE FILE, , FREQ=99, NSET=节点集 U
*EL FILE, FREQ=99, ELSET=单元集 S, SP, SINV , E
*CONTACT FILE, FREQ=99
输出到dat文件：
温度场计算：
*STEP *HEAT TRANSFER, STEADY STATE 1,1 *BOUNDARY 1, 11, 11, 80 **节点编号,自由度,自由度,数值 *FILM 2, F4, 200, 0.001 **单元编号,载荷标识,环境温度,换热系数 *SFILM Srf_2, F, 200, 0.001 **面，载荷标识，环境温度，换热系数 *END STEP
*NODE PRINT, FREQ=99, NSET=节点集
U, RF *EL PRINT, FREQ=99, ELSET=单元集
S, SP, SINV, E
ABAQUS有限元计算
提交计算：
Windows：
Abq681 job=box cpu=4
远程Linux:
nohup abq681 job=box cpu=4&
软件安装 软件
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
软件
操作系统
ABAQUS HyperWorks
Win32/Win64/LFra biblioteknux64 Win32/Win64
Star-CD
Win32/Linux64
BOOST
Win32
UtraEdit
Win32
SSHSecureShellClient Win32
Verify: T_m.inp T_mm.inp
ABAQUS有限元计算
约束与载荷：
静态机械应力计算： *STEP *STATIC 1,1
**初始步长,总时间,最小步长,最大步长
*BOUNDARY 1, 1, 3, 0 **节点编号,自由度,自由度,数值 *CLOAD 11, 3, 200 **节点编号,自由度,力的大小 *DLOAD 2, P4, 10 **单元编号,分布载荷标识,数值 *DSLOAD Srf_2, P, 10 **面,分布载荷标识,数值 *END STEP
WinSSHD
Win32
Xwin32
Win32
Xmanager
Win32/Win64
CamTasia
Win32
备注
可装Win64 可装Win64 可装Win64 可装Win64 可装Win64
可装Win64
用Camtasia进行屏幕录像。
ABAQUS有限元计算
网格模型：
*NODE 1, 0.0 , 0.0 , 0.0
12 S2 9 11
10
2, 0.0 , 1.0 , 0.0
S4
3, 1.0 , 1.0 , 0.0 4, 1.0 , 0.0 , 0.0 5, 0.0 , 0.0 , 1.0
离散化 8
5 7
6
6, 0.0 , 1.0 , 1.0 7, 1.0 , 1.0 , 1.0
S3
8, 1.0 , 0.0 , 1.0 9, 0.0 , 0.0 , 2.0 10, 0.0 , 1.0 , 2.0 11, 1.0 , 1.0 , 2.0