计算机辅助工程(CAE)的现状和发展趋势.pptx
《计算机辅助工程(CAE)的现状和发展趋势.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算机辅助工程(CAE)的现状和发展趋势.pptx(72页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、工程软件训练主 讲 刘 守 荣2023/5/282023/5/28第一讲第一讲计算机辅助工程()的现状计算机辅助工程()的现状和未来和未来2023/5/282023/5/28摘摘 要要 计计算算机机辅辅助助工工程程(CAE)是是一一种种迅迅速速发发展展的的信信息息技技术术,是是实实现现重重大大工工程程和和工工业业产产品品的的计计算算分分析析、模模拟拟仿仿真真与与优优化化设设计计的的工工程程软软件件,是是支支持持工工程程专专业业人人员员进进行行创创新新研研究究和和工工程程师师进进行行创创新新设设计计的的、最重要的工具和手段。最重要的工具和手段。2023/5/282023/5/28一概一概 述述计
2、算机辅助工程(计算机辅助工程(CAE),从字面上,从字面上讲它包括工程和制造业信息化的所有方讲它包括工程和制造业信息化的所有方面,但是传统的面,但是传统的CAE主要指用计算机对主要指用计算机对工程和产品的功能工程和产品的功能、性能与安全可靠性性能与安全可靠性进行计算进行计算、优化设计、优化设计,对未来的工作状,对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真,及早发现态和运行行为进行模拟仿真,及早发现设计缺陨,改进和优化设计方案,证实设计缺陨,改进和优化设计方案,证实未来工程未来工程/产品的可用性与可靠性。产品的可用性与可靠性。2023/5/282023/5/28进行创新设计的重要工具进行创新设计的重要
3、工具工程和制造企业的生命力在于工工程和制造企业的生命力在于工程程/产品的创新,而对于工程师产品的创新,而对于工程师来说,实现创新的关键,除了设来说,实现创新的关键,除了设计思想和概念之外,最主要的技计思想和概念之外,最主要的技术手段,就是采用先进可靠的术手段,就是采用先进可靠的CAE软件。软件。2023/5/282023/5/28进行创新研究的重要手段进行创新研究的重要手段科学计算是现代科学家进行科学和技术科学计算是现代科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学研究的三大手段之一。它可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规律。学
4、奥秘和科学规律。同时,它也是工程科学家的研究成果同时,它也是工程科学家的研究成果-理论、方法和科学数据理论、方法和科学数据-的归属之一,的归属之一,做成软件和数据库,成为推动工程和社做成软件和数据库,成为推动工程和社会进步的最新生产力。会进步的最新生产力。2023/5/282023/5/28CAE软件是迅速发展中的计软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合,而形成的一科学和技术相结合,而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。种综合性、知识密集型信息产品。2023/5/282023/5/2
5、8 CAE软件分类软件分类针对特定类型的工程针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件,产品性能分析、预测和优化计算的软件,称为专用称为专用CAE软件。软件。可以对多种类型的工程可以对多种类型的工程/产品的工程行为产品的工程行为进行计算分析,模拟仿真,性能预测、进行计算分析,模拟仿真,性能预测、评价与优化的软件,称为通用评价与优化的软件,称为通用CAE软件。软件。通用通用CAE软件主要由有限元软件软件主要由有限元软件、优化、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其它专业性的计软件、最优控制软件和其
6、它专业性的计算软件组成。算软件组成。2023/5/282023/5/28CAE技术已经成熟,技术已经成熟,CAE软件的可软件的可用性、可靠性和计算效率问题已经用性、可靠性和计算效率问题已经基本解决。基本解决。CAE与与CAD/CAMCAPPPDM/ERP软件一起,已经成为企业家和软件一起,已经成为企业家和工程师们实现工程工程师们实现工程/产品创新的得力产品创新的得力助手和有效工具。同时,也已成为助手和有效工具。同时,也已成为专家、教授进行研究重要手段。专家、教授进行研究重要手段。2023/5/282023/5/28 CAE与与CADCAMCAPPPDMERP一起,已经成为支持工程行业和一起,已
7、经成为支持工程行业和制造企业信息化的重要技术,它们已经制造企业信息化的重要技术,它们已经在提高工程在提高工程/产品的设计质量,降低研究产品的设计质量,降低研究开发成本,缩短开发周期方面发挥了重开发成本,缩短开发周期方面发挥了重要作用,成为实现工程要作用,成为实现工程/产品创新的支撑产品创新的支撑技术。技术。2023/5/282023/5/28CAD-Computer Aided Design计算机辅助设计 利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。简称cad。在工程和产品设计中,计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。2023/5/282023/5/28CAE(Compu
8、ter Aided Engineering)计算机辅助工程,指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能,以及优化结构性能等。而CAE软件可作静态结构分析,动态分析;研究线性、非线性问题;分析结构(固体)、流体、电磁等。2023/5/282023/5/28CAM computer Aided Manufacturing计算机辅助制造的核计算机辅助制造的核心是计算机数值控制心是计算机数值控制(简称数控简称数控),是将计算,是将计算机应用于制造生产过机应用于制造生产过程的过程或系统。程的过程或系统。2023/5/282023/5/28是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境,利是指借助于计算机软
9、硬件技术和支撑环境,利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPP系统,可以解决手工工艺设计效率低、一系统,可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。CAPPComputer Aided Process Planning2023/5/282023/5/28PDM Product Data Management中文名称为产品数据管理。中文名称为产品数据管理。PDM是一门用来管是一门用来管理所有与产品相关信息理所
10、有与产品相关信息(包括零件信息、配置、包括零件信息、配置、文档、文档、CAD文件、结构、权限信息等文件、结构、权限信息等)和所有与和所有与产品相关过程产品相关过程(包括过程定义和管理包括过程定义和管理)的技术。的技术。2023/5/282023/5/28ERPEnterprise Resource PlanningERP是企业资源计划简称,是针对物资资源管理(物流)、人力资源管理(人流)、财务资源管理(财流)、信息资源管理(信息流)集成一体化的企业管理软件。2023/5/282023/5/28发展趋势发展趋势 扩充扩充CAE功能,实现多结构耦合分功能,实现多结构耦合分析,实现多物理场耦合分析,
11、多尺析,实现多物理场耦合分析,多尺度耦合分析,以及结构、构件及其度耦合分析,以及结构、构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真。材料的一体化设计计算与模拟仿真。基于基于Internet/Intranet=Grid Computing 的的、CADCAECAM/CAPPPDM/ERP的集成化的集成化、网网络化、络化、智能化智能化。2023/5/282023/5/28二现二现 状状 计计算算机机辅辅助助工工程程计计算算起起源源于于五五十十年年代代中期。中期。实用的实用的CAE软件诞生于七十年代初期。软件诞生于七十年代初期。从从七七零零年年到到八八五五年年的的十十五五年年,是是CAE软软件件的的功功能
12、能和和算算法法的的扩扩充充和和完完善善期期,到到八八十十年年代代中中期期,逐逐步步形形成成了了商商品品化化的的通通用和专用用和专用CAE软件。软件。2023/5/282023/5/28 到八十年代后期国际上知名的到八十年代后期国际上知名的CAE软件有软件有NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN3D,MARC,ASKA,DYNA,MODULEF、FASTRAN 等。等。国内的国内的CAE软件主要是软件主要是JIFEX,FEM,FEPS,等。等。2023/5/282023/5/28它们都是采用结构化软件设它们都是采用结构化软件设计方法计方法、用、用FORTRAN语言和数语言和数据文件管理
13、技术,开发的结构化据文件管理技术,开发的结构化软件。软件。2023/5/282023/5/28近十五年近十五年CAE的发展,不仅是的发展,不仅是扩充了软件的功能、性能,更重要扩充了软件的功能、性能,更重要的是扩充了用户界面,前、后处理的是扩充了用户界面,前、后处理能力;对数据管理和图形部份,进能力;对数据管理和图形部份,进行了重大的改造。新增的软件成分行了重大的改造。新增的软件成分大都采用了面向对象的软件技术和大都采用了面向对象的软件技术和C+语言。语言。2023/5/282023/5/28近十五年近十五年CAE软件发展很快,软件发展很快,目前市场上的目前市场上的CAE软件,在功能、软件,在功
14、能、性能、可用性性能、可用性可靠性方面,基可靠性方面,基本上满足了用户的需求,它们可本上满足了用户的需求,它们可以运行在超级并行机,大、中、以运行在超级并行机,大、中、小、微等各类计算机系统上。小、微等各类计算机系统上。2023/5/282023/5/28通用通用CAE的算法与软件模块的算法与软件模块2023/5/282023/5/28 前处理前处理 三维实体建模与参数化建模,三维实体建模与参数化建模,构件的布尔运算,构件的布尔运算,有限元自动剖分与节点自动编号,有限元自动剖分与节点自动编号,节点参数自动生成,节点参数自动生成,荷载与材料数据输入与公式化导入,荷载与材料数据输入与公式化导入,节
15、点荷载自动生成,节点荷载自动生成,有限元模型信息自动生成有限元模型信息自动生成,.。2023/5/282023/5/28有限元分析有限元分析 有限单元库,有限单元库,材料库及相关算法库,材料库及相关算法库,约束处理算法,约束处理算法,静力、动力、振动、线性与非线静力、动力、振动、线性与非线性解法库及相应的有限元系统组装性解法库及相应的有限元系统组装模块库,模块库,单元内物理场计算等单元内物理场计算等,.。2023/5/282023/5/28有限元分析子系统有限元分析子系统 根据工程问题的物理、力学和数学特征,有根据工程问题的物理、力学和数学特征,有限元分析可以分解成若干个子问题子系统限元分析可
16、以分解成若干个子问题子系统:线性静力分析子系统线性静力分析子系统,动力及高速碰撞分析子系统动力及高速碰撞分析子系统,振动模态分析子系统振动模态分析子系统,非线性分析子系统非线性分析子系统,多体耦合与接触分析子系统多体耦合与接触分析子系统,热分析与热热分析与热-力耦合分析子系统力耦合分析子系统,。2023/5/282023/5/28 CAE软软件件的的计计算算分分析析与与模模拟拟仿仿真真能能力力,主主要要决决定定于于单单元元库库和和材材料料库库的的丰丰富富和和完完善善程程度度,单单元元库库包包含含的的单单元元类类型型越越多多,材材料料库库包包括括的的材材料料特特性性种种类类越越全全,其其对对工程
17、工程/产品的分析与仿真能力就越强。产品的分析与仿真能力就越强。知知名名CAE软软件件的的单单元元库库一一般般都都有有百百余余种单元,种单元,并拥有一个比较完善的材料库。并拥有一个比较完善的材料库。2023/5/282023/5/28 CAE软件的计算效率和计算结果的软件的计算效率和计算结果的精度,主要决定于解法库;如果解法库精度,主要决定于解法库;如果解法库包含了各种不同类型的高性能求解算法,包含了各种不同类型的高性能求解算法,那它就会对不同类型、不同规模的问题,那它就会对不同类型、不同规模的问题,以较快的速度和较高的精度给出计算结以较快的速度和较高的精度给出计算结果。先进高效的求解算法与常规
18、的求解果。先进高效的求解算法与常规的求解算法相比,在计算效率上可能有几倍、算法相比,在计算效率上可能有几倍、几十倍,甚至几百倍的差异,特别是在几十倍,甚至几百倍的差异,特别是在并行计算机环境下运行。并行计算机环境下运行。2023/5/282023/5/28 后处理后处理 有限元分析结果的数据平滑,有限元分析结果的数据平滑,各种物理量的加工与显示,各种物理量的加工与显示,根据设计要求对工程根据设计要求对工程/产品按工程规范产品按工程规范进行设计数据检验,进行设计数据检验,优化设计,优化设计,配筋设计与绘制设计图,配筋设计与绘制设计图,.2023/5/282023/5/28 前后处理是近十多年发展
19、最快的前后处理是近十多年发展最快的CAE软件成份,它们是软件成份,它们是CAE软件满足用软件满足用户需求,使通用软件专业化、属地化,户需求,使通用软件专业化、属地化,并实现与并实现与CAD、CAM、CAPP、PDM等等软件无缝集成的关键成份;软件无缝集成的关键成份;通过通过增加面增加面向行业的数据处理和优化算法模块向行业的数据处理和优化算法模块实现实现了特定行业的有效应用了特定行业的有效应用.2023/5/282023/5/28 ANSYS软件通过软件通过增设与增设与CAD 软件的软件的接口模块,实现了与接口模块,实现了与Pro/Engineer,CADDS,Unigraphic,Solide
20、dge,CADIA,Solidworks,MDT以及以及SolidDesigner,MicroStation等软件的有等软件的有效集成。效集成。2023/5/282023/5/28 用户界面用户界面 用户界面包括交互式图形界面,用户界面包括交互式图形界面,数据导入与导出宏命令数据导入与导出宏命令,CAE相关的相关的GUI图符,图符,智能化用户界面支持系统智能化用户界面支持系统(专家系统)。专家系统)。2023/5/282023/5/28数据管理系统与数据库数据管理系统与数据库 不同的不同的CAE软件采用的数据管理技术软件采用的数据管理技术不同:文件管理系统,关系型数据库管不同:文件管理系统,关
21、系型数据库管理系统,面向对象的工程数据库管理系理系统,面向对象的工程数据库管理系统等;统等;数据库:标准构件库,典型工程产数据库:标准构件库,典型工程产品的结构品的结构图形库,常规材料特性数据库,图形库,常规材料特性数据库,相关的国家国际标准与规范库,以及相关的国家国际标准与规范库,以及有关的知识库等有关的知识库等。2023/5/282023/5/28 数据管理系统和数据库已经成为大型数据管理系统和数据库已经成为大型应用软件实现系统集成的核心,它们为应用软件实现系统集成的核心,它们为 CAE软件的功能扩充,实现与软件的功能扩充,实现与CAD、CAM软件的连接运行奠定了基础。软件的连接运行奠定了
22、基础。数据管理系统和数据库的优劣,对大数据管理系统和数据库的优劣,对大型型CAE软件的运行效率影响极大。统计软件的运行效率影响极大。统计资料表明,资料表明,CAE软件在运行中,软件在运行中,70左左右的时间是在进行数据交换。右的时间是在进行数据交换。2023/5/282023/5/28目前国际上先进目前国际上先进CAE软件功能软件功能静力和拟静力的线性与非线性分析静力和拟静力的线性与非线性分析线性与非线性动力分析线性与非线性动力分析稳态与瞬态热分析稳态与瞬态热分析电磁场和电流分析电磁场和电流分析流体计算流体计算声场与波的传波计算,声场与波的传波计算,。2023/5/282023/5/28静力和
23、拟静力的线性与非线性分析静力和拟静力的线性与非线性分析各种单一和复杂组合结构的弹性、各种单一和复杂组合结构的弹性、弹塑性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变弹塑性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变形、大应变、疲劳、断裂、损伤,以及形、大应变、疲劳、断裂、损伤,以及多体弹塑性接触在内的变形与应力应变多体弹塑性接触在内的变形与应力应变分析。分析。2023/5/282023/5/28线性与非线性动力分析线性与非线性动力分析各种动荷载、爆炸与冲击荷载作用下各种动荷载、爆炸与冲击荷载作用下的时程分析,的时程分析,振动模态分析,振动模态分析,交变荷载与谐波响应分析,交变荷载与谐波响应分析,随机地震荷载及随机振动分析,随
24、机地震荷载及随机振动分析,屈曲与稳定性分析等。屈曲与稳定性分析等。2023/5/282023/5/28稳态、瞬态热传导与热稳态、瞬态热传导与热-力耦合力耦合分析分析热传导分析,热传导分析,对流和幅射状态下的热分析,对流和幅射状态下的热分析,相变分析,相变分析,热热/结构耦合分析,结构耦合分析,。2023/5/282023/5/28电磁场和电流分析电磁场和电流分析 静态和交变态的电磁场分析,静态和交变态的电磁场分析,电流与压电行为分析,电流与压电行为分析,电磁电磁/结构耦合分析,结构耦合分析,.。2023/5/282023/5/28流体计算流体计算 常规的管内和外场的层流与端常规的管内和外场的层
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机辅助 工程 CAE 现状 发展趋势
限制150内