CAE分析.doc

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CAE简介
作为国内工业界推广应用CAE的基础，有必要简要介绍CAE的概念、应用、分析过程、作用及发展趋势。一方面，对CAE有初步的又是较系统的认知，另一方面，在了解国际范围内CAE应用的历史和现状的基础上，CAE的各类用户可以对自身目前CAE的应用进行多视角的比较。
2.1CAE的基本概念、特点及作用
广泛地说，CAE可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是目前通常所说的CAE主要指用计算机及其相关的软件工具对工程、设备及产品进行功能、性能与安全可靠性进行分析计算、校核和量化评价；对其在给定工况下的工作状态进行模拟仿真和运行行为预测；发现设计缺陷，改进和优化设计方案，并证实未来工程、设备及产品的功能和性能的可用性和可靠性。
一般地，CAE在工程应用上的定义为：CAE是一种在二维或三维几何形体（CAD）的基础上，运用有限元（FE）、边界元（BE）、混合元（ME）、刚性元（RE）、有限差分和最优化等数值计算方法并结合计算机图形技术、建模技术、数据管理及处理技术的基于对象的设计与分析的综合技术和过程。其核心技术为有限元与最优化技术。
CAE的特点是以工程和科学问题为背景，建立相应的计算模型并进行计算机仿真分析。一方面，CAE技术的应用，使许多过去受方法和条件限制无法分析的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，通过计算机数值模拟可得到满意的解答；另一方面，CAE使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确,在产品的设计、分析、新产品的开发以及对已有产品的故障分析等方面发挥了重要作用。同时，CAE技术的迅速发展和应用又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。还应客观地说明，在产品开发中，由概念设计、初步设计、详细设计到试验，再修正设计，再试验，直到满足产品要求，试验一直是不可或缺的。CAE仿真分析技术的引入也许永远不能彻底消除这一既费时又费料的环节，但是已经被成功应用，最大限度地减少或缩短了这一环节。
CAE与CAD/CAM／CAPP／PDM/ERP的方法、技术和相应的软件一起，已经成为企业家和工程师们实现工程/产品创新的得力助手和有效工具，掌握它们并加以合理有效的应用，将形成企业核心创新能力的有力支撑，使企业能对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性、经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。在许多行业中，计算机辅助分析已经作为产品设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施。
国际工程界普遍认为，工程和制造企业的生命力在于工程/产品的创新，而对于工程师来说，实现创新的关键，除了设计思想和概念之外，最主要的技术手段之一，就是采用先进可靠的CAE软件和CAE分析方法与过程。
国内工程界也逐步对CAE的作用有了共识。认识到CAE是一种迅速发展和应用中的综合信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的重要的工具和手段。工程和产品创新为CAE发展提供了强大的动力，信息技术的飞速发展为CAE技术的提升提供了技术基础。国家大型设计研究院所，包括冶金设计院所（如中冶赛迪、中冶京诚、中冶南方、中冶东方等）也认为CAE在复杂系统的工程和设备计算分析方面将成为最核心的技术和手段。
国内外的实践表明，在影响CAE发展和应用的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三个核心的要素。装备性能优良的计算机及其相关系统，选择高效适用的前后处理和求解分析软件，以及拥有对分析对象有深刻了解并较熟练的掌握了CAE技术的专业设计及分析人员团队，是一个创新型企业具备CAE技术和专业领域应用能力的基础和必要条件。
一个复杂机械设备系统的研发、设计、性能评价和故障分析过程中，CAE起着目前尚无其他的解析或经验分析计算能替代的作用，它可以在零件、部件系统及整机三个层面上进行仿真、计算与分析。一个多参数的工艺或制造过程的仿真模拟、力能计算和参数优化中，也可得到对象局部、相互关系和全域的结果。
更具体地，计算机辅助技术已经成为可由工程师掌握的现代设计方法的主要手段和工具，而其中的CAE技术又成为现代设计流程的核心，因为CAE具有以下功能和作用：
(1)应用数学模型，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性和设计指标的准确性；(2)采用各种优化技术，在可行域中找出产品设计最佳方案；(3)CAE所起到的虚拟样机作用能预测产品