CAE及软件基本知识

CAE及软件基本知识日期：}演讲人：目录CAE概述CAE软件介绍CAE技术原理及算法静态与动态分析技术目录流体、电磁等分析方法CAE在实际工程中的应用案例CAE概述01CAE（ComputerAidedEngineering）指工程设计中的计算机辅助工程，以计算机科学和工程力学为基础，通过数值模拟、仿真分析等技术手段，辅助工程师进行产品设计和工程分析。定义集成性、高效性、交互性、智能化等。CAE软件可以集成多个工程学科的分析工具，实现多学科协同仿真；同时，CAE软件具有高效求解器和优化算法，能够快速进行大规模数值分析；此外，CAE软件具有良好的交互性和用户界面，方便工程师使用和学习。特点CAE定义与特点可靠性评估CAE技术可以评估产品的可靠性和耐久性，预测产品在长期使用过程中的寿命和可靠性，为产品设计和制造提供重要参考。仿真分析CAE技术可用于产品设计的各个阶段，通过仿真分析预测产品的性能、结构强度、温度分布等，为产品设计提供科学依据。结构优化利用CAE技术可以对产品结构进行优化设计，提高产品的强度和刚度，降低材料成本和重量。CAE在工程设计中的应用发展趋势随着计算机技术的不断进步和仿真技术的不断发展，CAE技术将向更高层次、更广领域发展，如多物理场耦合仿真、实时仿真、智能化仿真等。挑战同时，CAE技术也面临着一些挑战，如如何进一步提高仿真精度和效率，如何处理大规模复杂模型的计算问题，如何更好地与产品设计、制造等环节集成等。CAE发展趋势与挑战CAE软件介绍02常用CAE软件概览ANSYS集流体、结构、热、电磁、声学等于一体的大型通用有限元分析软件。ABAQUS擅长于非线性有限元分析，在结构力学分析方面具有强大功能。LS-DYNA显式动力分析软件，特别适合于求解各类瞬时动态问题。COMSOLMultiphysics多物理场耦合分析软件，擅长于模拟多物理场相互作用。主要用于结构的应力、应变、模态等力学特性的计算和分析。结构分析软件基于线性假设，计算结构在小变形下的应力和应变。线性分析考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性等复杂因素，模拟结构真实响应。非线性分析各类CAE软件功能特点010203各类CAE软件功能特点流体分析软件模拟流体流动、传热、传质等物理现象。计算流体速度、压力、温度等物理量分布，评估流体对结构的影响。流体动力学分析模拟流体与固体之间的热传递过程，进行热交换计算。流体传热分析磁场分析计算磁场分布、磁感应强度等。电磁场分析软件计算电磁场分布、电磁力、电磁波传播等。静电场分析计算静电场分布、电荷密度等。各类CAE软件功能特点软件选择与使用建议根据实际需求选择软件根据所分析的物理场、精度要求、计算规模等因素，选择最适合的软件。充分了解软件功能在使用前，详细了解软件的功能和适用范围，避免误用或超出软件能力范围。掌握基本操作与技巧通过培训或自学，掌握软件的基本操作和常用技巧，提高分析效率。注重结果验证与对比将分析结果与实际情况或已知解进行对比，验证软件的准确性和可靠性。CAE技术原理及算法03CAE（ComputerAidedEngineering）是指利用计算机信息技术对工程或产品进行性能分析和模拟的技术。其作用是减少物理实验，降低研发成本，提高产品质量和可靠性。CAE的定义与作用CAE技术基于仿真原理，通过对实际工程或产品的计算机模拟，实现对结构、热、流体等物理场的分析和预测。仿真技术与实际工程包括前处理、有限元分析、后处理三个主要阶段，分别对应建模、求解和结果展示。CAE分析流程计算机辅助工程分析原理有限差分法将连续区域离散化为有限个节点，通过差分方程近似求解偏微分方程。边界元法通过在边界上划分单元和求解，降低计算维度，提高求解效率，主要用于声场、电磁场等领域。离散元法主要用于模拟离散颗粒、块体等材料的运动和力学特性，适用于颗粒介质、岩土等领域。有限元法将连续的结构划分为有限个单元，通过求解每个单元的力学特性，进而得到整个结构的力学响应。结构力学性能分析方法研究在给定的设计域内，如何确定最优的材料分布，以实现结构的轻量化和性能提升。在保持结构拓扑不变的前提下，通过优化结构形状来提高结构性能。在结构和形状都确定的情况下，通过调整结构参数（如截面尺寸、厚度等）来优化结构性能。同时考虑多个性能指标，如重量、强度、刚度等，在多个目标之间寻求最佳平衡。优化结构性能技术探讨拓扑优化形状优化尺寸优化多目标优化静态与动态分析技术04静态结构分析定义研究结构在静态载荷作用下的响应，包括结构的应力、应变、位移等。有限元法应用通过划分网格，将复杂结构简化为有限个单元，求解节点位移和单元应力。静态分析应用场景桥梁、建筑、机械等结构的强度和刚度校核，优化设计以降低成本。静态结构分析原理及应用动态分析定义研究结构在动态载荷（如振动、冲击）作用下的响应，揭示结构的动态特性。动态分析方法模态分析、响应谱分析、瞬态动力学分析等，以及上述提到的经济学动态分析。动态分析应用场景汽车、飞机、船舶等交通工具的振动和噪声控制，地震和爆炸等瞬态载荷下的结构响应分析。动态分析技术及其应用场景线性问题结构的响应与载荷成线性关系，满足叠加原理，易于求解。线性、非线性问题研究非线性问题结构的响应与载荷不成线性关系，如材料塑性变形、大位移等，需采用迭代法求解。线性与非线性问题的比较非线性问题更复杂，但更接近实际情况，求解精度更高；线性问题则相对简单，便于快速求解和工程应用。流体、电磁等分析方法0501流体动力学基础纳维-斯托克斯方程、流体静力学、流体动力学等基本原理。流体分析基本原理及软件操作02流体分析软件操作Fluent、CFX等流体动力学分析软件，进行流体流动、传热和传质等问题的建模、仿真和结果分析。03流体分析应用领域航空航天、汽车工程、能源、环境、生物技术等领域的流体流动和传热问题。麦克斯韦方程组、电磁场边界条件、电磁场数值计算方法等。电磁场基本理论AnsoftMaxwell、ComsolMultiphysics等电磁场仿真软件，进行电磁场分布、电磁波传播、电磁兼容性（EMC）等问题的建模、仿真和结果分析。电磁场分析软件操作电力工业、通信工程、电子器件、医疗设备等领域中的电磁场问题。电磁场分析应用领域电磁场分析技术介绍介绍多物理场耦合分析的基本原理和方法，包括固-液、固-气、液-气等多相耦合问题。多物理场耦合分析原理COMSOLMultiphysics、ANSYS等软件进行多物理场耦合分析，包括耦合场的建模、仿真和结果分析。多物理场耦合分析软件操作生物医学工程、汽车工业、航空航天、新能源等领域中的多物理场耦合问题。多物理场耦合分析应用领域多物理场耦合分析方法010203CAE在实际工程中的应用案例06机械工程领域应用案例汽车碰撞仿真通过CAE技术对汽车碰撞进行仿真分析，可以优化车身结构和材料选择，提高汽车碰撞安全性。飞机结构强度分析利用CAE技术对飞机结构进行强度分析，确保飞机在各种飞行姿态和载荷下的安全。精密机械零件的热应力分析通过CAE仿真，分析精密机械零件在温度变化时的热应力分布，为设计提供可靠依据。土木工程领域应用案例岩土工程稳定性分析利用CAE技术对岩土工程进行稳定性分析，预测地基承载力和变形情况。地震工程通过CAE模拟地震对建筑物的影响，评估建筑物的抗震性能，并优化结构设计。桥梁结构仿真利用CAE技术模拟桥梁在不同载荷作用下的受力情况，为桥梁