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CAE的概念CAE在行业应用行业列举DEMODEMODEMODEMODEMODEMODEMOCAE 计算机辅助工程CAECAE就是就是CAE(Computer Aided Engineering)CAE(Computer Aided Engineering)是用计算是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。等问题的一种近似数值分析方法。CAECAE现已成为工程和产品结构分析中现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、如航空、航天、机械、土木结构等领域机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。CAECAE软件按研究对象分为：结构分析，电磁分析，流软件按研究对象分为：结构分析，电磁分析，流体分析；按研究问题分为线性问题，非线性问题。体分析；按研究问题分为线性问题，非线性问题。运动分析运动分析 主流软件：NX NASTRAN ,MSC NASTRAN，ANSYS，Abaqus 等CAE涵盖的领域1 1物理力学仿真物理力学仿真物理力学仿真物理力学仿真 物理力学仿真包括工程对象（如机械结构、船舶结构、大物理力学仿真包括工程对象（如机械结构、船舶结构、大型承运结构型承运结构 ）的静）的静 动态、线性与非线性分析，温度场、动态、线性与非线性分析，温度场、热传导及热应力分析，磁场分析、流体场分析、热传导及热应力分析，磁场分析、流体场分析、电场分析电场分析及它们之间的耦合分析及它们之间的耦合分析 。其目的就是根据分析任务的多样。其目的就是根据分析任务的多样性和复杂性，以及目标的多重性，从系统的角度出发，以性和复杂性，以及目标的多重性，从系统的角度出发，以数值方法为主要手段，通过对工程对象的设计、分析、咨数值方法为主要手段，通过对工程对象的设计、分析、咨询询 ，逐步实现知识的综合信息分析及优化。，逐步实现知识的综合信息分析及优化。2.2.运动学仿真运动学仿真运动学仿真运动学仿真 利用运动仿真，可以在计算机屏幕上逼真地显示产品整体利用运动仿真，可以在计算机屏幕上逼真地显示产品整体和局部结构的运动情况，从而使和局部结构的运动情况，从而使 产品开发人员能够从不同产品开发人员能够从不同角度、以不同的显示方式对产品进行研究和分析。通过模角度、以不同的显示方式对产品进行研究和分析。通过模 拟各个零部件之间的相互运动过程、装配和拆卸过程拟各个零部件之间的相互运动过程、装配和拆卸过程 ，可，可以发现产品设计中可能存在的潜在碰撞和干涉错误。以发现产品设计中可能存在的潜在碰撞和干涉错误。3.加工过程仿真加工过程仿真 加工过程仿真对机床加工过程仿真对机床工件工件刀具构成的工艺系统中的各种信息的分析刀具构成的工艺系统中的各种信息的分析与预与预 测，它包括几何仿真与物理仿真两方面的内容：测，它包括几何仿真与物理仿真两方面的内容：1)1)几何仿真将刀具和工件看作刚体，不考虑切削力、刀具变形和工件变几何仿真将刀具和工件看作刚体，不考虑切削力、刀具变形和工件变形形 物物 理因素的影响，主要包括刀位轨迹验证，工件与机床、刀具的干理因素的影响，主要包括刀位轨迹验证，工件与机床、刀具的干涉校验涉校验 。2)2)物理仿真包括对各种物理因素的分析与预测，主要有以下几种形式：物理仿真包括对各种物理因素的分析与预测，主要有以下几种形式：a)a)预测刀具正常及非正常磨损，以及由于刀面磨损、切削振动及冲击力预测刀具正常及非正常磨损，以及由于刀面磨损、切削振动及冲击力所引起所引起 的刀具断裂。的刀具断裂。b)b)预测切屑的大小及形状。预测切屑的大小及形状。c)c)预测机床或工件热变形对工件加工精度的影响。预测机床或工件热变形对工件加工精度的影响。d)d)切削振动及其影响。切削振动及其影响。e)e)切削力及其导致的工艺系统弹性变形，过大的切削力的危害。切削力及其导致的工艺系统弹性变形，过大的切削力的危害。4.4.工作过程仿真工作过程仿真工作过程仿真工作过程仿真 通过在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统的通过在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统的通过在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统的通过在计算机上建立仿真模型，模拟实际系统的运行状态及其随时间运行状态及其随时间运行状态及其随时间运行状态及其随时间 的变化过的变化过的变化过的变化过 程。通过对仿真试程。通过对仿真试程。通过对仿真试程。通过对仿真试验过程的观察和判断，得到被仿真系统的仿真输出验过程的观察和判断，得到被仿真系统的仿真输出验过程的观察和判断，得到被仿真系统的仿真输出验过程的观察和判断，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特参数和基本特参数和基本特参数和基本特 性，由此来估计和推断实际系统的性，由此来估计和推断实际系统的性，由此来估计和推断实际系统的性，由此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。真实参数和真实性能。真实参数和真实性能。真实参数和真实性能。例如，车辆的起步换档品质与离合器的控制密切相例如，车辆的起步换档品质与离合器的控制密切相关，由于离合器的工作过程关，由于离合器的工作过程 比较复杂，并且其操比较复杂，并且其操纵特性受车辆自身和纵特性受车辆自身和 境条件的影响，因此在实行境条件的影响，因此在实行自动控制时自动控制时 必须首先研究离合器的接合规律。利必须首先研究离合器的接合规律。利用计算机仿真，可以帮助开发人员寻求离合器的最用计算机仿真，可以帮助开发人员寻求离合器的最佳接合规律佳接合规律什么叫有限元法案例说明案例说明应力与变形1应力分析和应力应力是什么？对一个产品或结构施加载荷的话，结构在变形的同时其内部会产生应力和应变。应力与变形对橡皮绳，吊鱼竿或者弓等等，施加一个力，就能非常清楚地看到它的变形，而一般的产品和结构，大多数是用铁和铝等等硬性材料制成的，变形非常小，用肉眼来确认它的变形就很困难了。应力与变形应力与变形应力与变形什么叫应力应力是结构对载荷抵抗所产生的力。用单位面积的力来表示。此应力是判断产品与结构破坏（损坏）与否的重要指标。应力=载荷/剖面面积，载荷除以剖面面积得到应力。应力小的时候在材料内部生成的抵抗力也小，不足以破坏材料。应力的产生原因施加的载荷一起作用，产品或结构内部就产生了抵抗力，也即产生了应力。一般结构的形状非常复杂，根据施加载荷的种类，应力也不一样。有大应力，小应力，有压应力，拉应力等等各种应力。应力分析的目的因为应力一大，就要损坏物体，所以设计时不能使应力大于某个值。为此，在事前，有必要知道应力的数值。要事先知道应力大小，就要进行零部件工况的受力计算，传统的方法查阅手册，进行计算；现代用计算机辅助工程软件进行模拟计算，及CAE技术。应力与变形应力分析在求应力的同时也能够求产品和结构的变形。应力的大小对判断产品和结构是否损坏很重要，而即使产品没有破坏，但因为过大的变形，而破坏了产品的功能和性能。应力应变曲线应力集中拉伸一具有圆孔的平板或具有台阶的圆棒，在孔的周围或台阶附近应力就会变大。对于这种形状，应力则集中在孔的周围。这种现象称为应力集中。屈曲分析对细长的柱或薄板施加一个压力，则压力在很小的时候压缩变形与压力成正比。但是，压力一超过某一个值，由于在轴线或柱面的垂直方向出现了大的横向紧缩，减少了承受压力的能力。像这样，载荷的大小超过一定的数值，变形的形状与此之前变形的形状发生了不同的变化，从而承受载荷的能力减少了，把这一现象称为屈曲。另外，把屈曲产生时的载荷称为屈曲载荷。屈曲是由压缩应力产生的现实生活的屈曲现象汽水铝罐上下进行压缩看看会产生什么情况。起先，铝罐还能抵抗一阵子，再继续进行加大压力则罐的侧面开始凹陷下去，不一会儿就压坏了。这也就是我们身边所见到的屈曲现象。屈曲产生屈曲的因素对长度相同但粗细不同的柱施加一压力，结果会怎样呢？对粗细相同但长度不同的柱施加一压力,结果会怎么样呢?压力和屈曲载荷的关系压力较小时,因为变形小,一般我们眼睛观察不到,这就是均匀压缩变形。这种压缩变形是与所施加的压力成正比的。压力如一超过某一值,其变形则与压力较小时的变形完全不同,成了弯曲变形,并且也会产生曲折。这种变形迅速地发生并以我们的肉眼可观察到的速度快速发展。这就叫屈曲,此时的载荷就叫屈曲载荷。有限元模型简化有限元分析之前，为什么要对模型进行简化处理？分析的意义在于关注的问题和环境。有限元法胡克定律【F=u】F作为重物的重量也意味着力，在有限元分析中称为载荷。k，意味着弹簧的强度，称为弹簧系数，在有限元分析中称为刚度。u 意味着弹簧的伸长，在有限元分析中被称为位移。把复杂的实体离散化模型离散化单元类型单元类型单元类型单元的阶次材料物理属性自由度有限元分析输入信息载荷约束CAE在产品设计的意义分析评估根据软件的不同，所显示的功能多少有些不同，一般的话都有好几种类型的显示功能。一般考虑：主应力和冯.米塞斯应力主应力，矢量的方向表示了应力所作用的方向、矢量的长度表示了应力的大小。色谱来显示应力的大小和分布。在设计时用分析求出应力，并确认有没有产生大于许用应力，如果有就根据小于许用应力的状态变更结构或者选择相应的材料及几何结构、边界条件等影响因素。变形色谱图应力色谱图冯.塞斯应力冯.塞斯应力也称为等效应力、等价应力，为了说明延性金属材料的屈服条件，根据所提出的冯.塞斯公式推算出来的。材料的屈服或塑性領域的扩展因为直接关系到结构的强度，根据情况与破损和损坏有关联的。缩短缩短FE建模建模/网格划分时间网格划分时间改进改进FEA求解时间求解时间跟踪工程数据跟踪工程数据提早开始系统级提早开始系统级CAE分析分析NX CAE的价值的价值流程创新流程创新SolveMeshLook for informationEvaluateCreate geometryLoadsBCsMeshEvaluateCreate geometryLook for informationLoadsBCsPartDesignCreate geometryExport&repair design geometryCAE分析流程对比分析流程对比NX CAE分析流程给企业带来的价值分析流程给企业带来的价值NX 高级仿真独创 CAD&CAE一体化流程几何几何CAE 模型模型求解求解结果查看结果查看载荷和边界载荷和边界报告与结论报告与结论迭代与优化迭代与优化（如果有需要）（如果有需要）理想化模型理想化模型前处理后处理CAD数据无需转化到CAE平台几何处理方式多样灵活网格划分高效CAE模型与CAD参数关联更新!高级仿真和设计仿真提供分级解决方案NX CAE的价值结构创新NX NX 软件最先提出多级仿真数据结构软件最先提出多级仿真数据结构软件最先提出多级仿真数据结构软件最先提出多级仿真数据结构优点：优点：1 1 各层数据柔性映射各层数据柔性映射 2 2 追踪简化模型与主模型的变更关系追踪简化模型与主模型的变更关系 3 3 柔性化数据管理和模型重用柔性化数据管理和模型重用 4 4 为有效的为有效的CAECAE数据管理提供保证数据管理提供保证主模型CAD文件理想化CAD文件FEM文件(网格）仿真文件（载荷，工况等）NX-Advanced Simulation文件结构分级数据结构支持有效的数据管理Master PartIdealize PartFEM1FEM2SIM1Idealize PartSIM2FEM3FEM4NXCAE 曲柄仿真分析流程演示分析类型Steady state or TransientMaterial,Large deflection,ContactStaticBucklingFluid-flowThermalAcousticsElectromagneticResponseTime domainFrequency domainStructuralNon-structuralLinearNonlinearLinearNonlinearDynamicsDurabilityTime domainFrequency domainFEADirectModalNormal ModesComplex ModesEigenvalueOptimizationNX Nastran所支持的求解类型Steady state or TransientMaterial,Large deflection,ContactStaticBucklingFluid-flowThermalAcousticsElectromagneticEigenvalueResponseTime domainFrequency domainStructuralNon-structuralLinearNonlinearLinearNonlinearDynamicsDurabilityTime domainFrequency domainFEADirectModalNormal ModesComplex ModesSupported by NX NastranAdd-on OptionOptimizationNX Advanced FEM 对Nastran的透明化支持NX Nastran 产品方向的优势性能提高自动子结构综合自动子结构综合DMPDMP并行计算并行计算非线性非线性新的特征更简单和灵活的子结构建模更简单和灵活的子结构建模新的更好的单元新的更好的单元(例如新的例如新的 QUAD w/o K6ROT)QUAD w/o K6ROT)提高与现有软件的操作NX Nastran DesktopNX Nastran Desktop与现在的PLM流程的结合可视化可视化PDM PDM 创建和管理创建和管理CAECAE数据数据开放性NX Nastran“Open API”NX Nastran“Open API”伙伴伙伴开发开发JAD,ASIG,CRT,SIGJAD,ASIG,CRT,SIG产品质量加大对模型质量检查加大对模型质量检查开发更加有效的质量检查流程工开发更加有效的质量检查流程工具具产品的易用性无缝集成无缝集成NX NastranNX Nastran在桌面在桌面级版本级版本更简单更灵活的使用的标准更简单更灵活的使用的标准版版整合集成整合集成SiemensSiemens的求解技术的求解技术 NX MOTION运动分析运动分析能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、运动分析能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过动力分析和设计仿真。通过UNX/Modeling UNX/Modeling 的功能建立一个三维实体模型，的功能建立一个三维实体模型，利用利用NX/Motion NX/Motion 的功能的功能 给三维实体模型的各个部件赋予一给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系 既可建立一个运动仿真模型。既可建立一个运动仿真模型。NX/Motion NX/Motion 的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对得到大量运动机构的运动参数。通过对 这个运动仿真模型这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计进行运动学或动力学运动分析就可以验证该运动机构设计的合理性，并且的合理性，并且 可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、可以利用图形输出各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行 优化。优化。总结CAE的意义CAE的优缺点CAE的优缺点