CAE 历史与发展概述.docVIP

CAE目录 1．CAE概述 1.1 CAE 1.2 ?CAE技术的发展现状与趋势 1.3 1.4 目前CAE软件功能 2． 3. 主流CAE软件简介 1.CAE概述 计算机辅助工程CAE（Computer Aided Engineering）是一种迅速发展的信息技术，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、最重要的工具和手段。 CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合，而形成的一种综合性、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。经过几十年的发展，CAE软件分析的对象逐渐由线性系统发展到非线性系统，由单一的物理场发展到多场耦合系统，并在航空、航天、机械、建筑、土木工程、爆破等领域获得了成功的应用。并随着计算机技术、CAD技术、CAPP技术、CAM技术、PDM技术和ERP技术的发展，CAE技术逐渐与它们相互渗透，向多种信息技术的集成方向发展。 CAE是迅速发展中的信息技术： 实现多体耦合分析、多物理场耦合分析以及多目标优化设计； 实现多尺度和多模型耦合分析，以及结构、构件及其材料的一体化设计与模拟仿真； 基于巨型并行机群系统、Internet、Grid Computing 的高性能的计算机辅助工程； CAE 与CAD／CAM / CAPP／PDM / ERP的集成化、网络化、智能化。 .1 CAE软件分类 从过程化、实用化技术发展的角度看，CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动/动力学仿真技术。 ·针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用CAE软件。 ·可以对多种类型的工程/产品的性能和行为进行性能预测、计算分析，模拟仿真，评价与优化的软件，称为通用CAE软件。通用CAE软件主要由有限元软件、优化设计软件、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算软件组成。 CAE与CAD／CAM／CAPP／PDM／ERP一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主导技术，它们已经在提高工程/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要作用，成为实现工程/产品创新的支撑技术。 ? .2?CAE技术的发展现状与趋势 ??? 计算机辅助工程起源于上个世纪五十年代中期。 CAE的理论基础起源于20世纪40年代，自1943年数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解t.Venant扭转问题以来，一些应用数学家、物理学家和工程师也由于种种原因涉足有限元的概念，直到1960年以后，随着电子计算机的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，才迅速发展起来。自从1963—1964年Besseling、melosh和Jones等人证明了有限元法是基于变分原理的里兹(Ritz)法的另一种形式，从而使得里兹分析的所有理论基础都适应于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。以此为理论指导，有限元法的应用已由弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题，由静力平衡问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题；分析对象从弹性材料扩展到塑性、粘塑性和复合材料，从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域。将有限元分析技术逐渐由传统的分析和校核扩展到优化设计，并与计算机辅助设计和辅助制造密切结合，形成了现在CAE技术的框架。 ???实用的CAE软件诞生于上个世纪七十年代初期。 有限元技术的发展　经过60多年的发展，有限元技术已趋于成熟，普遍为工程界所接受。并开发了相应的有限元分析软件。这些软件在功能、性能、使用上均达到了比较高的水平。在功能上，影响软件的前处理器可以调用CAD中的几何模型，可以便捷地实现网格划分及自动划分，灵活地施加各类便捷条件，定义材料特性，设置不同的计算工况，对特殊问题实现用户子程序的调用等；求解器带有适合不同问题的求解算法(线性方程组、非线性方程组、特征值等)；后处理器可给出所需要的可视化的技术结果(等值线、等值面、云图、动画等)。性能上，可完成线性于非线性问题、静力与动力问题、多材料、各类边界条件、类工程(机械、电磁、土木等)问题的求解. 结构优化技术的发展　结构优化方法中早期采用的是基于直觉的准则法，如满应力准则法、满应变准则法等。20世纪60年代数学规划法引入结构优化设计中，标志着现代优化设计的开始，数学规划法中的复合形法、可行方向法、惩罚函数法等在结构优化设计中得到了广泛的应用。70年代出现了优化准则法，其思想是将设计问题的力学特性与数值方法中的各种近似手段相结合，把高度非线性问题转化为一系列近似的带显示约束问题，然后借助于数学