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CAE—先进工业装备和产品设计与制造中的关键技术 大连理工大学 关振群 教授 CAE（计算机辅助工程） 增加产品和工程的可靠性 在产品的设计阶段发现潜在的问题 经过分析计算，获得优化设计方案，降低原材料成本 缩短产品投向市场的时间 模拟物理试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费 基于CAD CAE的产品设计与制造 uReduces Prototype（原型） and Test（试验） Costs (Need Less). uHelps Identify Design Issues Up Front（设计评价）. uShorten development time（缩短周期）. CAE发展史 第一阶段（50至-60年代）：航空工业中的有限元程序。力法分析到位移法方程的简单二、三维有限元分析（单元矩阵生成公式）。 第二阶段（60至-70年代中期）：多用途有限元软件形成。大规模问题代数方程、特征值、子结构等高效数值算法。非线性及瞬态响应问题中的应用开始。 第三阶段（70中期至-80年代后期）：优化商业软件代码。前处理、后处理软件及CAD系统的发展。断裂力学分析技术，有限元和其他技术的融合。（国产JIGFEX等软件出现）。 第四阶段（80年代后期至-90年代中期）：CAE软件为适应新计算系统的改进（向量，多重处理器，并行机）。相应的高效计算方法与数值算法的发展；工作站、PC机上CAE软件得到大大推广和应用；先进材料模型、空气动力学、控制学、声学、电磁学和光学的交叉结合(DDJ-W等软件开发成功)。 第五阶段（90年代中期至-今）：将CAE软件与其他模拟软件集成到CAD/CAE/CAM系统中并形成一个完整、方便的实用产品。全自动网格剖分、参数化建模、面向对象的工具、（计算环境）分布式与网络计算、并行分析、失效破坏分析与优化设计的智能化、数据库和用户接口等（JIFEX软件）。 CAE广泛的应用领域 航空航天、汽车、船舶、铸造、微电子、机械、电子（冷却系统）、生物医学工程等领域。 CAE软件特点 综合性、知识密集型信息产品：与计算力学、计算数学、工程科学、工程管理学、软件工程、现代计算技术等多学科相关。 通用CAE软件：可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新(JIFEX)。 专用CAE软件：针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化软件（AdoptSmat）。 JIFEX与Adopt-Smart JIFEX获奖与荣誉 国家“八五”科技攻关重大科技成果奖两项； 全国自主版权CAD有限元软件评测第一名； 教育部科技进步二等奖； 教育部自然科学一等奖； 辽宁省先进软件产品； 多次得到国家863、CIMS主题、973项目等的支持； 有限元分析与优化设计软件系统JIFEX 1、有限元建模前置处理系统 ◆人机交互地构造结构与产品设计的几何模型 ◆自动生成有限元网格 ◆交互式生成有限元计算模型的属性数据 ◆交互式建立各种截面形状及任意空间位置的框架结构模型 2、有限元分析系统 ?弹性静力有限元分析子系统 ?动力有限元分析子系统 ?屈曲稳定性有限元分析子系统 ?热传导有限元分析子系统 ?接触有限元分析子系统 ?弹塑性有限元分析子系统 3、结构分析与优化设计系统 ?结构尺寸优化设计 ?结构的边界形状优化设计 ?布局优化设计 ?复合材料层合板与夹层板结构的铺层优化设计 ?结构的重量优化设计 ?结构的强度和刚度优化设计 ?结构固有振动频率优化设计 ?结构的振动响应优化设计 ?结构的屈曲稳定性优化设计 ?多种目标的优化设计 4、图形后置处理系统 2多种有限元模型及其计算结果数据的图形显示 2实时的图形几何变换功能 2基于Windows系统的图形打印功能 2输出图形可嵌入字处理软件如Word中进行图文编辑 Adopt-Smart主要功能、特点 基于CAXA的CAD/CAE一体化—统一几何造型接口 有限元产品分析、前后置处理与CAD设计一体化 体系结构--面向对象的组件化设计模式 方便灵活面向设计的建模和若干专用组件设计器 引导式图形操作界面、Free-Style操作风格 工程图预处理功能 二维设计CAD，三维分析CAE(二维组件在三维空间中的拼装，建立三维组合结构模型 ) 任意复杂二维产品结构的高质量有限元网格全自动剖分，建立荷载、材料、边界约束数据 节点位移规格自动生成的功能 ，大大简化有限元建模 满足机械产品和组合钢结构设计的基本分析要求 适合于大规模计算的快速的工程数据库管理系统与图形引擎 多种有限元模型及其计算结果数据的图形显示功能 基于面向对象技术的CAE软件二次开发环境 CAE若干重要发展方向 CAE软件的关键技术 ?CAD/CAE/CAM一体化的关键技术与集成环境