CAE及軟件基本知識日期：}演講人：目錄CAE概述CAE軟件介紹CAE技術原理及算法靜態與動態分析技術目錄流體、電磁等分析方法CAE在實際工程中的應用案例CAE概述01CAE（ComputerAidedEngineering）指工程設計中的計算機輔助工程，以計算機科學和工程力學為基礎，通過數值模擬、仿真分析等技術手段，輔助工程師進行產品設計和工程分析。定義集成性、高效性、交互性、智能化等。CAE軟件可以集成多個工程學科的分析工具，實現多學科協同仿真；同時，CAE軟件具有高效求解器和優化算法，能夠快速進行大規模數值分析；此外，CAE軟件具有良好的交互性和用戶界面，方便工程師使用和學習。特點CAE定義與特點可靠性評估CAE技術可以評估產品的可靠性和耐久性，預測產品在長期使用過程中的壽命和可靠性，為產品設計和制造提供重要參考。仿真分析CAE技術可用于產品設計的各個階段，通過仿真分析預測產品的性能、結構強度、溫度分布等，為產品設計提供科學依據。結構優化利用CAE技術可以對產品結構進行優化設計，提高產品的強度和剛度，降低材料成本和重量。CAE在工程設計中的應用發展趨勢隨著計算機技術的不斷進步和仿真技術的不斷發展，CAE技術將向更高層次、更廣領域發展，如多物理場耦合仿真、實時仿真、智能化仿真等。挑戰同時，CAE技術也面臨著一些挑戰，如如何進一步提高仿真精度和效率，如何處理大規模復雜模型的計算問題，如何更好地與產品設計、制造等環節集成等。CAE發展趨勢與挑戰CAE軟件介紹02常用CAE軟件概覽ANSYS集流體、結構、熱、電磁、聲學等于一體的大型通用有限元分析軟件。ABAQUS擅長于非線性有限元分析，在結構力學分析方面具有強大功能。LS-DYNA顯式動力分析軟件，特別適合于求解各類瞬時動態問題。COMSOLMultiphysics多物理場耦合分析軟件，擅長于模擬多物理場相互作用。主要用于結構的應力、應變、模態等力學特性的計算和分析。結構分析軟件基于線性假設，計算結構在小變形下的應力和應變。線性分析考慮材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等復雜因素，模擬結構真實響應。非線性分析各類CAE軟件功能特點010203各類CAE軟件功能特點流體分析軟件模擬流體流動、傳熱、傳質等物理現象。計算流體速度、壓力、溫度等物理量分布，評估流體對結構的影響。流體動力學分析模擬流體與固體之間的熱傳遞過程，進行熱交換計算。流體傳熱分析磁場分析計算磁場分布、磁感應強度等。電磁場分析軟件計算電磁場分布、電磁力、電磁波傳播等。靜電場分析計算靜電場分布、電荷密度等。各類CAE軟件功能特點軟件選擇與使用建議根據實際需求選擇軟件根據所分析的物理場、精度要求、計算規模等因素，選擇最適合的軟件。充分了解軟件功能在使用前，詳細了解軟件的功能和適用范圍，避免誤用或超出軟件能力范圍。掌握基本操作與技巧通過培訓或自學，掌握軟件的基本操作和常用技巧，提高分析效率。注重結果驗證與對比將分析結果與實際情況或已知解進行對比，驗證軟件的準確性和可靠性。CAE技術原理及算法03CAE（ComputerAidedEngineering）是指利用計算機信息技術對工程或產品進行性能分析和模擬的技術。其作用是減少物理實驗，降低研發成本，提高產品質量和可靠性。CAE的定義與作用CAE技術基于仿真原理，通過對實際工程或產品的計算機模擬，實現對結構、熱、流體等物理場的分析和預測。仿真技術與實際工程包括前處理、有限元分析、后處理三個主要階段，分別對應建模、求解和結果展示。CAE分析流程計算機輔助工程分析原理有限差分法將連續區域離散化為有限個節點，通過差分方程近似求解偏微分方程。邊界元法通過在邊界上劃分單元和求解，降低計算維度，提高求解效率，主要用于聲場、電磁場等領域。離散元法主要用于模擬離散顆粒、塊體等材料的運動和力學特性，適用于顆粒介質、巖土等領域。有限元法將連續的結構劃分為有限個單元，通過求解每個單元的力學特性，進而得到整個結構的力學響應。結構力學性能分析方法研究在給定的設計域內，如何確定最優的材料分布，以實現結構的輕量化和性能提升。在保持結構拓撲不變的前提下，通過優化結構形狀來提高結構性能。在結構和形狀都確定的情況下，通過調整結構參數（如截面尺寸、厚度等）來優化結構性能。同時考慮多個性能指標，如重量、強度、剛度等，在多個目標之間尋求最佳平衡。優化結構性能技術探討拓撲優化形狀優化尺寸優化多目標優化靜態與動態分析技術04靜態結構分析定義研究結構在靜態載荷作用下的響應，包括結構的應力、應變、位移等。有限元法應用通過劃分網格，將復雜結構簡化為有限個單元，求解節點位移和單元應力。靜態分析應用場景橋梁、建筑、機械等結構的強度和剛度校核，優化設計以降低成本。靜態結構分析原理及應用動態分析定義研究結構在動態載荷（如振動、沖擊）作用下的響應，揭示結構的動態特性。動態分析方法模態分析、響應譜分析、瞬態動力學分析等，以及上述提到的經濟學動態分析。動態分析應用場景汽車、飛機、船舶等交通工具的振動和噪聲控制，地震和爆炸等瞬態載荷下的結構響應分析。動態分析技術及其應用場景線性問題結構的響應與載荷成線性關系，滿足疊加原理，易于求解。線性、非線性問題研究非線性問題結構的響應與載荷不成線性關系，如材料塑性變形、大位移等，需采用迭代法求解。線性與非線性問題的比較非線性問題更復雜，但更接近實際情況，求解精度更高；線性問題則相對簡單，便于快速求解和工程應用。流體、電磁等分析方法0501流體動力學基礎納維-斯托克斯方程、流體靜力學、流體動力學等基本原理。流體分析基本原理及軟件操作02流體分析軟件操作Fluent、CFX等流體動力學分析軟件，進行流體流動、傳熱和傳質等問題的建模、仿真和結果分析。03流體分析應用領域航空航天、汽車工程、能源、環境、生物技術等領域的流體流動和傳熱問題。麥克斯韋方程組、電磁場邊界條件、電磁場數值計算方法等。電磁場基本理論AnsoftMaxwell、ComsolMultiphysics等電磁場仿真軟件，進行電磁場分布、電磁波傳播、電磁兼容性（EMC）等問題的建模、仿真和結果分析。電磁場分析軟件操作電力工業、通信工程、電子器件、醫療設備等領域中的電磁場問題。電磁場分析應用領域電磁場分析技術介紹介紹多物理場耦合分析的基本原理和方法，包括固-液、固-氣、液-氣等多相耦合問題。多物理場耦合分析原理COMSOLMultiphysics、ANSYS等軟件進行多物理場耦合分析，包括耦合場的建模、仿真和結果分析。多物理場耦合分析軟件操作生物醫學工程、汽車工業、航空航天、新能源等領域中的多物理場耦合問題。多物理場耦合分析應用領域多物理場耦合分析方法010203CAE在實際工程中的應用案例06機械工程領域應用案例汽車碰撞仿真通過CAE技術對汽車碰撞進行仿真分析，可以優化車身結構和材料選擇，提高汽車碰撞安全性。飛機結構強度分析利用CAE技術對飛機結構進行強度分析，確保飛機在各種飛行姿態和載荷下的安全。精密機械零件的熱應力分析通過CAE仿真，分析精密機械零件在溫度變化時的熱應力分布，為設計提供可靠依據。土木工程領域應用案例巖土工程穩定性分析利用CAE技術對巖土工程進行穩定性分析，預測地基承載力和變形情況。地震工程通過CAE模擬地震對建筑物的影響，評估建筑物的抗震性能，并優化結構設計。橋梁結構仿真利用CAE技術模擬橋梁在不同載荷作用下的受力情況，為橋梁