CAE基础培训(最全)

CAE角色及总结
CAE角色及总开具处方
Q&A
Thank you very much!
CAE 基础培训
汇报人：任城堡 2017年5月16日
培训内容
1. CAE介绍 1.1 CAE 概念 1.2 CAE 核心思想 1.3 CAE 功能作用 1.4 CAE应用领域 1.5 CAE软件分类：hypermesh、ABAQUS、ANSYS介绍 2.有限元分析介绍 2.1 有限元分析的基本概念 2.2 有限元分析流程 2.3 分析类型介绍 3.CAE分析在汽车领域的应用 3.1 运动及动力学、结构及疲劳、碰撞、冲击或跌落、NVH、流
热、固耦合分析
耦合分析主要涉及: 零部件在复杂环境(温度、外力等综合条件)的 结果性能
求解软件主要包括: ABAQUS，ANSYS等
成型分析
成型分析主要涉及: 注塑成型分析，冲压成型分析，铸造成型分 析等等。
软件主要包括: Moldflow, Dynaform, MAGMA
4.CAE分析工作的要求
2.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。如abaqus、 ansys、i-deas、LS-dyna、Nastran。
Hypermesh介绍
Hypermesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领 先的、功能强大的CAE应用软件包，也是一个创新、 开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的 各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、 灵活性和友好的用户界面。 Hypermesh最著名的特 点是它所具有的强大的有限元网格划分前处理功能.
ANSYS介绍
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元 分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快的计算机 辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计 （CAD，computer Aided design）软件接口，实现数 据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－ DEAS, AutoCAD等。是融结构、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。在核工 业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、 汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物 医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛 的应用。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成 为国际最流行的有限元分析软件，在历年的FEA评比 中都名列第一。目前，中国100多所理工院校采用 ANSYS软件进行有限元分析或者作为标准教学软件。
报告
背景 模型 云图 曲线 建议
分析类型介绍
1.结构静力分析 用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解 惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。 2.结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影 响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以 及它对阻尼和惯性的影响。结构动力学分析类型包括：瞬态动 力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振动响应分析。 3.结构非线性分析 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。非 线性包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。 4.动力学分析 当运动的积累影响起主要作用时，可使用这些功能分析复杂结 构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变 和变形。 5.热分析、6.电磁场分析、7.流体动力学分析、8.声场分析。
ABAQUS介绍
ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件， 其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂 的非线性问题。 ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟 任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型 库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、 橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩 超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通 用的模拟工具， ABAQUS 除了能解决大量结构（应 力 / 位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问 题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分 析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压 电介质分析
场分析、热&固耦合分析、成型分析。 3.2 分析报告解读 4.CAE分析工作的要求 5. CAE 角色及总结
Q&A
什么是CAE？
1.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，主要是以有限 元法、有限差分法、有限体积以及无网格法为数学基础发展起 来的一个软件行业。在国内有限元法应用最为广泛。 2.与CAD(Design)， CAM(Manufacture)对应
2.缩短设计和分析的循环周期； 3. 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；
4.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；
5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 6.模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 7.进行机械事故分析，查找事故原因。
分析方案。
CAE角色及总结
“工程是一种近似对 而不是完全错的艺术”
“Engineering is the art of being approximately right rather than exactly wrong”
引自 英国皇家工程院院士，英国机械工程师协会主 席---- Rod A. Smith 教授，1990年
核心思想：
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。
功能作用：
1.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；
NVH
NVH分析主要涉及: 整车或零部件的振动、噪声等 求解软件主要包括: Nastran, Sysnoise, Actran等
流场分析
流场分析主要涉及: 整车的外流场(风阻)、空调的除霜风道、乘客 舱流场及温度场、散热器、冷凝器、风扇热交换零件的流场、整 车密封性等。
CFD软件主要包括: Fluent, CFX, STAR-CD等，也即计算流体力学。
应用领域： 电子、造船、建筑、航空、航天、机械、汽车等 领域
CAE软件的分类:
1.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.总共 分为10类：计算流体、建筑结构类、钢结构类、多体 动力学类、结构优化类、转子动力学类、声场类、电 磁场类、铸造类、前后处理类。如：Moldflow（模 流分析）、 AutoForm（钣金冲压）、procast（铸造 模拟）、Hypermesh（划分网格）、hyperview（后 处理）
运动及动力学
运动及动力学分析主要涉及: 运动件的干涉校核和动力学分析， 悬架或底盘系统的操作稳定性等
求解软件主要包括: ADAMS， Recydn，CATIA，UG
结构及疲劳
结构疲劳分析主要涉及: 零部件的刚度、强度、模态、疲劳耐久 等。
求解软件主要包括: Nastran, ABAQUS, Hyperworks , Fe-safe, Fatigue等，也即隐式算法（低速）。
CAE工作并不一定要拥有大量的专业知识才能够开展，但工作能力的 提高与专业知识的掌握程度是息息相关的。
一个合格的有限元分析工程师应具备三方面的技能和经验 ① 理论基础，包括力学理论和有限元理论 ②必要的程序使用经验，对常用商业有限元分析程序能熟练应用 ③工程实践的经验，对于不同的工程问题能够准确做出判断并确定
碰撞
碰撞分析主要涉及: 整车的正碰、侧碰、尾碰、偏置碰、翻转、 行人保护等。
求解软件主要包括: Ls-Dyna, Radioss等，也即显式算法（高速）。
冲击或跌落
冲击或跌落分析主要涉及: 零部件或系统的冲击或跌落等。 求解软件主要包括: Ls-Dyna, Radioss等，也即显式算法（高速）。
有限元分析的基本概念：
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本 概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将 求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成， 对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然 后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条 件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是 近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于 大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算 精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有 效的工程分析手段
有限元分析流程
明确分析问题的类型： 1.研究对象分为：静态结构分析，动态分析。 2.研究问题分为线性问题，非线性问题 3.按物理场分：结构（固体）、流体、电磁、温度场等
前处理
几何 网格 单元 装配 材料 约束
求解
模态 刚度 强度 碰撞 冲击 耦合
后处理
位移 应力 应变 能量 振型
优化
结构 尺寸 连接 材料