第一章引言 - 油气CAE技术研究中心！.PDF

第一章 引 言 第一章 引 言 1-1 CAE 技术特点与应用优势 计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社 会带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设 计和科学研究中的具体表现。 数值模拟技术通过汲取当今计算数学、 力学、计算机图形学和计算机硬件发展的必威体育精装版成果，根据不同行业的需 求，不断扩充、更新和完善。 现代化石油科技的一个突出特点就是把原有的石油及其它学科的 理论、方法与不断发展的计算机技术结合起来，采用多学科联合攻关， 从而形成新的理论和方法或制造出新型仪器、工具和设备，以最现代化 的计算机软硬件技术为手段综合应用多学科技术解决石油天然气工业中的技术难题，进而提高油 气勘探、开发、开采、运输与油气加工工程的科学技术水平和经济效益。 近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限 元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科-计算机辅助工程 CAE（Computer Aided Engineering ）。 这些商品化的 CAE 软件在石油天然气工业领域的应用不断普及并逐步向纵深发展，CAE 工程仿真 在石油天然气工业设计中的作用变得日益重要。在众多的 CAE 软件中，在石油工业领域应用最多、 最广的软件是 ANSYS 多物理场分析软件，此外 Adams 、Fluent 、Solidworks、Unigraphics 、COMSOL Multiphysics 、Midas 等也在石油工业领域得到了一定程度得应用。 在石油天然气工业领域，CAE 仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优 越性： CAE 仿真可有效缩短新产品的开发研究周期 虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数 大幅度地降低产品研发成本 在精确的分析结果下制造出高质量的产品 能够快速的对设计变更作出反应 能充分的和 CAD 设计结合并对不同类型的问题进行分析 能够精确的预测出产品的性能 1-2 典型 CAE 软件及功能介绍 1-2-1 ANSYS 软件及简介 ANSYS 公司是世界上著名的 CAE 技术公司，它由匹兹堡大学教授，世界著名的力学分析专 家 Dr. John Swanson 创建于 1970 年，30 多年来始终以有限元数值模拟领导者的身份为广大工程分 析与工程验证用户服务。ANSYS 仿真分析软件是目前国际上最著名的大型通用有限元分析软件， 经过三十年的发展，已形成融结构、热、流体、电磁、声学及多物理场偶合为一体的大型通用有 限元分析软件。作为通用大型商业软件，以其极高的性能价格比和无可比拟的解题深广度，广泛 1 第一章 引 言 应用于航空航天、石油、化工、汽车、造船、铁道、电子、机械制造、地矿能源、水利、核能、 生物、医学、土木工程、轻工、一般工业及科学研究等各个领域，极强的分析功能覆盖了几乎所 有的工程问题。作为世界最具权威的有限元产品和工业化分析标准，目前几乎所有的 CAD/CAE/CAM 软件都竟相开发了与 ANSYS 的专用接口，且在历年有限元领域的软件各项评比 中 ANSYS 均排名第一，1992 年美国《机械设计》杂志最佳有限元评比中夺得“应用范围最广” 和“用户使用最繁”两项桂冠，受到用户的普遍赞誉和推崇。 图 1-1 ANSYS 多窗口图形显示界面 图 1-2 ANSYS 的中文版显示界面 ANSYS 软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供 了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结 构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场 分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及 优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度 显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显 示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图 表、曲线形式显示或输出。软件提供了 100 种以上的单元类型和丰 富的材料数