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CAE软件及其现状应用分析

CAE是英文Computeraidedengineering的缩写，它的中文意思是计算机辅助工程。计算机辅助工程(CAE)技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合，而形成一种综合性、知识密集型信息产品。CAE的核心技术是有限元理论和数字计算方法。传统的CAE主要是指用计算机对工程和产品的运行性能与安全可靠性分析，对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。准确地说，CAE是指工程设计中的分析计算与分析仿真，具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真。
CAE分析分为三个部分：前处理、计算求解、后处理。前处理包括建模，网格划分，后处理包括采集处理和分析结果。
CAE的理论基础起源于20世纪40年代，1960～1970年，有限元的理论处于发展阶段，分析的对象主要是航空航天设备结构的强度、刚度以及模态实验和分析问题，又由于当时的计算机的硬件内存少、磁盘的空间小、计算速度慢等特点，CAE软件处于探索时期。1970～1980年代是CAE技术蓬勃发展的时期，一方面SDRC，MSC，ANSYS等在技术和应用继续创新外，新的CAE软件迅速成立。上世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期。CAD据说经过三十年的发展，经历了从线框CAD技术到曲面CAD技术，再到参数化技术，直到目前的变量化技术，为CAE技术的推广应用打下了坚实的基础。
CAE常用的软件包括MSC系列产品、ANSYS系列产品、ABAQUS系列产品。其中MSC系列有MSCNastran、MSCPatran、MSCMarc、HYPERLINK"http://zhidao.baidu.com/search?word=MSC%20Dytran&fr=qb_search_exp&ie=utf8"\t"_blank"MSCDytran、MSCStar-CD。ANSYS系列包括Mechanical、LS-DYNA、FE-SAFE、CFX。ABAQUS系列有Standard、Explicit、CAE。
对于MSC系列产品来说，MSCNastran功能强大、应用最为广泛、最为通用的结构有限元分析软件，进行结构强度、刚度、动力、随机振动、频谱响应、热传导、非线性、转自动力学、参数及拓补优化、气动弹性等全面的仿真分析，是公认的业界标准。MSCPatran集成的并行框架有限元前后处理器，针对各种不同的设计分析，提供一个全开放性的CAE环境。Patran是世界公认最好的新一代前后处理系统，它结合了几何造型整合、有限元素模型建立、以及仿真分析和结果评估能力，常被用来仿真产品的性能，并早在设计/制造体模型测试前，即找出可能发生的问题并解决问题，提高产品的竞争力。MSCMarc功能齐全的高级非线性分析软件，具有极强的结构分析能力。可以处理各种各种复杂的非线性问题-几何非线性（大变形和大应变）、材料非线性和接触非线性，其高效的并行计算能力能够实现超大模型的非线性计算。MSCDytran高速瞬态非线性动力学和瞬态流固耦合通用仿真工具，特别适用于高度非线性的动态分析，包括结构对结构的接触撞击、材料流分析、以及流体-结构藕合分析。Dytran也适用于模拟撞击破裂、钣金成型、锻造、安全气囊充气并与乘客的碰撞、船体撞击毁损、飞机或叶片鸟击分析、爆炸分析等，是集MSC公司两个核心软件MSC.DYNA和MSC.PISCES之大成，开高度非线性、流体-结构藕合、瞬态动力响应仿真商用软件之先河的领先产品。Star-CD是ComputationalDynamics公司开发出来的全球第一个采用完全非结构化网格生成技术和有限元体积方法来研究领域中复杂流动的流体分析商用软件包。
对于ANSYS系列产品，作为目前国内最为流行的ANSYS软件，在工程计算、教学实践学和科学研究方面已经积累了大量的应用实例。特别是在校学生越来越普及了对ANSYS软件的了解和应用，不少学校购买了ANSYS软件，并开展了一系列学习和推广ANSYS应用的热潮，网上的ANSYS讨论园地也日益火爆。其中Mechanical包含通用结构力学分析部分、热分析部分及其耦合分析功能。它具有一般静力学、动力学和非线性分析能力，也具有稳态、瞬态、相变等所有的热分析能力以及结构和耦合分析能力，可以处理任意复杂的装配体，涵盖各种金属材料和橡胶、泡沫、岩土等非金属材料的装配体。它的耦合场分析功能具有声学分析、压电分析、热耦合分析能力。LS-DYNA是世界上最著名的通用显示非线性有限元分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题。它以结构为主，兼有热分析、流体-结构耦合