CAE軟件及其運(yùn)用現(xiàn)狀分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真的用途非常廣泛已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，不斷促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，為各行各業(yè)注入了一股新的活力。  1.交通領(lǐng)域：  交通是由人、車、路和環(huán)境構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜人機(jī)系統(tǒng)，事故的誘發(fā)因素是多方面因素的綜合。交通安全的評(píng)價(jià)，應(yīng)該充分考慮人、車、路和環(huán)境諸方面因素的作用和影響。本交通安全仿真是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的方法。該評(píng)價(jià)體系是通過建立虛擬環(huán)境，并在這個(gè)虛擬環(huán)境中設(shè)計(jì)各種事故誘發(fā)因素，并對(duì)某區(qū)域和某路段的交通安全水平進(jìn)行全過程(設(shè)計(jì)后，施工中，運(yùn)營(yíng)后)的跟蹤和評(píng)價(jià)。  交通安全仿真及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心部分就是計(jì)算機(jī)的仿真。

2、該仿真過程不同與傳統(tǒng)的數(shù)值仿真，它是一種可視化的仿真。例如，對(duì)某路段的交通安全評(píng)價(jià)，除了使用傳統(tǒng)的絕對(duì)數(shù)法和事故率法來(lái)評(píng)價(jià)外，再將交通參與者的感知和行為也考慮進(jìn)去。在該虛擬環(huán)境中，可以選擇不同的運(yùn)載工具，設(shè)置不同的交通環(huán)境，以交通參與者或第三者的角度來(lái)進(jìn)行事故的可能性試驗(yàn)與分析，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)路段的安全性的評(píng)價(jià)。同時(shí)為交通沒施的建設(shè)和改進(jìn)提供了依據(jù)，為交通事故分析提供了一種新的方法。  2.制造領(lǐng)域：  汽車制造是機(jī)械行業(yè)的一個(gè)重要組成部分。它有很多實(shí)驗(yàn)課題，難度大、實(shí)地成本高，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入，有效的緩解了這一方面的問題。如發(fā)動(dòng)機(jī)方面，裝甲兵工程學(xué)院機(jī)械系的畢小平教授等

3、建立了多缸柴油機(jī)起動(dòng)過程的計(jì)算機(jī)仿真模型，其仿真結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值比較吻合，可用于多缸柴油機(jī)的起動(dòng)性能仿真。江蘇理工大學(xué)的蔡憶昔實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)氣管內(nèi)氣體流動(dòng)的動(dòng)態(tài)仿真，直觀描述了瞬態(tài)過程，為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)換氣過程的研究提供了有效的方法。汽車流場(chǎng)方面，華東理工大學(xué)信息學(xué)院的呂明忠博士等成功的模擬出了汽車尾流場(chǎng)的氣流分離 和拖曳渦現(xiàn)象，建立了兩種車型的汽車外流場(chǎng)空氣動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，取得了滿意結(jié)果。碰撞實(shí)驗(yàn)方面，浙江大學(xué)動(dòng)力機(jī)械及車輛工程研究所的詹樟松博士根據(jù)汽車碰撞的事故形態(tài)與乘員傷害之間的規(guī)律，建立了乘員動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并開發(fā)出了相應(yīng)的仿真軟件，該系統(tǒng)可部分代替實(shí)車碰撞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行汽車被動(dòng)

4、安全性能的研究。其他方面，例如，汽車工程學(xué)院的熊堅(jiān)對(duì)汽車的制動(dòng)過程進(jìn)行了仿真研究，一汽大眾汽車有限公司的姚革等通過仿真研究了汽車轉(zhuǎn)向的輕便性問題等 3.教育領(lǐng)域：  計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)又稱計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)或計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)，是近幾年在計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)中開辟的新領(lǐng)域。它通過計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的操作有機(jī)地融合為一體，形成了一部活的、可操作的物理實(shí)驗(yàn)教科書和根據(jù)需要在瞬間建立的模擬實(shí)驗(yàn)室。  計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)的出現(xiàn)打破了教與學(xué)、理論與實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)與課外的界限，它更加強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)驗(yàn)方法，更強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)者的主動(dòng)學(xué)習(xí)；通過計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)物理思想、

5、方法、儀器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理的理解，都可以達(dá)到訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)技能、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的目的，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，提高了物理實(shí)驗(yàn)的水平。目前，模擬實(shí)驗(yàn)已成為現(xiàn)代化物理實(shí)驗(yàn)的重要手段。  計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)用了人工智能、控制理論和教師專家系統(tǒng)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)和物理儀器建立其內(nèi)在模型，用計(jì)算機(jī)可操作的仿真方式，實(shí)現(xiàn)了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。CAE軟件的運(yùn)用分析目前，CAE軟件在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于汽車、電子、航空航天、土木工程、石油等行業(yè)，在汽車行業(yè)的應(yīng)用尤為廣泛。軟件的類型主要包括通用前后處理軟件、通用有限元求解軟件和行業(yè)專用軟件。汽車行業(yè)在國(guó)外是有限元軟件的主要應(yīng)用行業(yè)，其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，并

6、且應(yīng)用歷史長(zhǎng)、應(yīng)用成熟度高。目前，國(guó)內(nèi)常見的前后處理軟件包括Altair公司的HyperMesh、EDS公司的FEMAP和MSC公司的Patran，這些軟件在美國(guó)的汽車廠商中都有著廣泛的應(yīng)用。由于有限元技術(shù)的特點(diǎn)，使得前處理成為了一個(gè)相對(duì)獨(dú)立，而又十分重要的部分。一些大型企業(yè)都采用了適應(yīng)自己需求的前后處理軟件。這些前后處理軟件都具有良好的接口，可與眾多的有限元求解軟件相結(jié)合，以便用戶更快、更方便地解算問題。求解軟件可以說是琳瑯滿目，通常的求解軟件包括：ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、Cosmos、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、NEI/NASTRAN。這些軟件都有著

7、各自的特點(diǎn)，在行業(yè)內(nèi)，一般將其分為線性分析軟件和非線性軟件，例如ANSYS、ALGOR都在線性分析方面具有自己的優(yōu)勢(shì)，而ABAQUS、NASTRAN、ADINA、MARC則在非線性分析方面各具特點(diǎn)，其中ABAQUS被認(rèn)為是最優(yōu)秀的非線性求解軟件。 近年來(lái)，分析軟件正朝著多物理場(chǎng)的方向發(fā)展。大家可以通過業(yè)內(nèi)一些公司的舉動(dòng)感受到這一點(diǎn)，例如，ANSYS公司收購(gòu)CFX流體軟件，并加強(qiáng)與EMSS公司的合作，不斷加強(qiáng)其多物理場(chǎng)耦合的功能。在這里需要提到的是，由于歷史原因，ALGOR繼承了SAP的模塊化思想，在多物理場(chǎng)分析方面也有很好的應(yīng)用；同源于SAP的ADINA在流固耦合上則非常有特色。由于解算多物理

8、場(chǎng)問題更多是從物理方程出發(fā)，因此另外還有一些軟件在這方面有著良好的應(yīng)用，比如MathWorks公司在數(shù)值計(jì)算軟件MATLAB基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的FEMLAB，又如國(guó)內(nèi)飛箭公司針對(duì)微分方程的FEPG系統(tǒng)。 此外，專用有限元軟件受其應(yīng)用領(lǐng)域的限制，只能在各自的行業(yè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如，MAGMA公司的MAGMA系列鑄造軟件，可進(jìn)行各種金屬材料澆鑄、流動(dòng)性、固化、壓力、應(yīng)力、溫度及熱平衡的仿真分析。工程師可根據(jù)計(jì)算結(jié)果更改設(shè)計(jì)，調(diào)整帽口的位置和數(shù)量，進(jìn)而提高鑄造質(zhì)量。又如，法國(guó)ESI公司的ProCAST，其與MAGMA是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，軟件功能與MAGMA大同小異。另外還有在鍛造領(lǐng)域應(yīng)用比較多的Deform系統(tǒng)

9、，也得到了國(guó)內(nèi)很多企業(yè)的認(rèn)可。 在板材成型行業(yè)里，有AUTOFORM系列軟件，該軟件單元架構(gòu)基于膜單元形式，因此其運(yùn)算速度在同行業(yè)內(nèi)相對(duì)較快。MSC/DYTRAN，其特有的材料流動(dòng)性分析可直觀地預(yù)測(cè)出沖壓件厚度及應(yīng)力分布、開裂和皺褶的形成等。另外，來(lái)自ETA公司的DYNAFORM可以預(yù)測(cè)成形過程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕和回彈，評(píng)估板料的成形性能，從而為板料成形工藝及模具設(shè)計(jì)提供幫助。由于這一類分析工作與模具設(shè)計(jì)有著非常大的關(guān)聯(lián)，因此以上這些軟件都注重與CAD軟件的接口，基本都與流行的三維設(shè)計(jì)軟件CATIA、Pro/ENGINEER和UG有著良好的接口，軟件的使用操作也都比較方便。 另外，

10、在汽車行業(yè)應(yīng)用中，經(jīng)常要對(duì)整車進(jìn)行機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真，在這一領(lǐng)域中，國(guó)內(nèi)常見的軟件有MSC/ADAMS。其被廣泛用來(lái)進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性的動(dòng)態(tài)仿真。ADAMS中的TIRE模塊提供若干種輪胎模型供分析時(shí)選用，以準(zhǔn)確地建立輪胎的動(dòng)力學(xué)模型。ADAMS中的CAR模塊專為汽車動(dòng)力學(xué)仿真而設(shè)計(jì)，使用十分方便。另外在國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的還有美國(guó)ETA公司的VPG，VPG（Virtual Proving Ground）虛擬試驗(yàn)場(chǎng)是ETA公司長(zhǎng)期總結(jié)汽車分析工程經(jīng)驗(yàn)，在LD-DANA平臺(tái)上開發(fā)的，是ETA、LSTC和ANSYS三家公司合作推出的專門應(yīng)用于汽車工程的軟件。VPG主要被應(yīng)用于當(dāng)前汽車產(chǎn)品開

11、發(fā)中的重點(diǎn)整車系統(tǒng)疲勞、整車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、NVH和整車碰撞安全及乘員保護(hù)等熱門問題。 另外市場(chǎng)上還有一些專業(yè)軟件，例如，LMS公司的噪音分析軟件SYSNOISE，MSC公司的疲勞分析軟件MSC/Fatigue，nCode公司的Fatigue，奧地利MAGMA公司的熱疲勞分析軟件FEMFT等。ABAQUS介紹一、 Abaqus簡(jiǎn)介 ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋

12、混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力 / 位移）問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。ABAQUS為用戶提供了廣泛的功能，且使用起來(lái)又非常簡(jiǎn)單。大量的復(fù)雜問題可以通過選項(xiàng)塊的不同組合很容易的模擬出來(lái)。例如，對(duì)于復(fù)雜多構(gòu)件問題的模擬是通過把定義每一構(gòu)件的幾何尺寸的選項(xiàng)塊與相應(yīng)的材料性質(zhì)選項(xiàng)塊結(jié)合起來(lái)。在大部分模擬中，甚至高度非線性問題，用戶只需提供一些工程數(shù)據(jù)，像結(jié)構(gòu)的幾何形狀、材料性質(zhì)、邊界條件及載荷工況。在一個(gè)

13、非線性分析中， ABAQUS 能自動(dòng)選擇相應(yīng)載荷增量和收斂限度。他不僅能夠選擇合適參數(shù)，而且能連續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)以保證在分析過程中有效地得到精確解。用戶通過準(zhǔn)確的定義參數(shù)就能很好的控制數(shù)值計(jì)算結(jié)果。 ABAQUS有兩個(gè)主求解器模塊 ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit。ABAQUS還包含一個(gè)全面支持求解器的圖形用戶界面，即人機(jī)交互前后處理模塊 ABAQUS/CAE 。 ABAQUS 對(duì)某些特殊問題還提供了專用模塊來(lái)加以解決。ABAQUS被廣泛地認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元軟件，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問題和模擬高度非線性問題。 ABAQ

14、US不但可以做單一零件的力學(xué)和多物理場(chǎng)的分析，同時(shí)還可以做系統(tǒng)級(jí)的分析和研究。 ABAQUS 的系統(tǒng)級(jí)分析的特點(diǎn)相對(duì)于其他的分析軟件來(lái)說是獨(dú)一無(wú)二的。由于 ABAQUS 優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS被各國(guó)的工業(yè)和研究中所廣泛的采用。ABAQUS 產(chǎn)品在大量的高科技產(chǎn)品研究中都發(fā)揮著巨大的作用。二、 Abaqus/CAE模塊 Ø 快速地創(chuàng)建高質(zhì)量的模型 熟悉現(xiàn)代CAD 系統(tǒng)的用戶欣賞基于特征的、參數(shù)化建模方法所帶來(lái)的高效率和機(jī)動(dòng)性。ABAQUS/CAE 是唯一提供這種幾何建模方法的有限元前處理程序。用戶能夠創(chuàng)建參數(shù)化幾何體如：拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃略、倒角和放樣。同時(shí)也

15、能夠由各種流行的 CAD 系統(tǒng)導(dǎo)入幾何體，并運(yùn)用上述建模方法進(jìn)行進(jìn)一步編輯。 Ø 全面支持ABAQUS 的分析功能 ABAQUS/CAE 支持廣泛的 ABAQUS 分析功能并且為初學(xué)者和經(jīng)驗(yàn)豐富的用戶提供人機(jī)交互的使用環(huán)境。熟悉的 ABAQUS 分析概念，如分析步、接觸、約束和預(yù)設(shè)條件等，能夠通過操作簡(jiǎn)便的界面得以實(shí)現(xiàn)。 ABAQUS/CAE 還提供了完全的后處理和可視化功能，即使最大規(guī)模的 ABAQUS 分析結(jié)果也可以高速、高質(zhì)量地進(jìn)行繪圖。 Ø 混合建模方法的使用 在實(shí)際的分析過程中，幾何體和網(wǎng)格體往往共同存在于模型中，ABAQUS/CAE 通過混合建模方法能夠非常容易

16、的處理這種情況。用戶可以處理基于幾何體的數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以處理導(dǎo)入的純的節(jié)點(diǎn)和單元數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)沒有任何幾何拓?fù)潢P(guān)系。接觸、載荷以及邊界條件能夠施加在幾何體上或者直接施加在單元的節(jié)點(diǎn)、邊或面上。這種允許幾何體與網(wǎng)格體混合使用的建模環(huán)境，為用戶分析特定問題提供了最佳的靈活性。流程化和自動(dòng)化處理ABAQUS/CAE 建立在一個(gè)開放的可拓展的平臺(tái)之上，這使得用戶可以對(duì)成熟的工作流程進(jìn)行二次開發(fā)。從基本的宏功能和重放文件到完全集成的企業(yè)級(jí)應(yīng)用， ABAQUS/CAE 提供了一個(gè)豐富的工具包來(lái)自動(dòng)化處理各種任務(wù)和流程，并容易將ABAQUS 的有限元分析功能向更廣闊的用戶群推廣。三、 Standard模塊

17、Ø 解決各種實(shí)際問題 ABAQUS/Standard 為工程師和分析專家提供強(qiáng)有力的工具來(lái)解決許多工程問題：從線性靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析到復(fù)雜的非線性耦合物理場(chǎng)分析。結(jié)合使用 ABAQUS/Standard 與 ABAQUS/Explicit ，利用兩者的隱式和顯式求解技術(shù)，可以讓更多實(shí)際問題獲得求解。 Ø 精確、可靠的分析 分析一項(xiàng)工程問題所使用工具的質(zhì)量，極大地影響該問題求解的可靠性和質(zhì)量。我們對(duì) ABAQUS/Standard 的每一個(gè)版本，在所有支持的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，都進(jìn)行一整套完整的測(cè)試；包括 13,000 次的回歸測(cè)試以及對(duì)許多客戶模型的測(cè)試。此外， ABAQUS/Sta

18、ndard 有最好的行業(yè)技術(shù)支持和完備的手冊(cè)做后盾，用戶完全可以放心的使用該產(chǎn)品。 開發(fā)高效求解技術(shù) 對(duì)于絕大多數(shù)復(fù)雜問題的求解來(lái)說，高效可靠的求解過程是非常重要的。 ABAQUS/Standard 提供并行的稀疏矩陣求解器。該求解器對(duì)各種大規(guī)模計(jì)算問題都能十分可靠地快速求解。不僅如此，ABAQUS/Standard 還包含許多新穎的求解技巧來(lái)提高求解速度。 改進(jìn)現(xiàn)有工作流程 業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的 ABAQUS/Standard 分析能力，結(jié)合與現(xiàn)有前后處理器的兼容能力，使 ABAQUS 常常成為用戶的唯一選擇：用戶可以把他們所有的有限元分析需求全部集成在 ABAQUS 中進(jìn)行求解。 ABAQUS/Standard 不僅可以在現(xiàn)有的工作流程中方便的使用，還可以借助它強(qiáng)大的功能顯著的改進(jìn)現(xiàn)有的工作流程。四、 Explicit模塊 Ø求解復(fù)雜的非線性問題 ABAQUS/Explicit 是求解復(fù)雜非線性動(dòng)力學(xué)問題和準(zhǔn)靜態(tài)問題的理想程序，特別是用于模擬沖擊和其它高度不連續(xù)事件。 ABAQUS/Explicit 不但支持應(yīng)力 / 位移分析而且還支持完全耦合的瞬態(tài)溫度位移分析、聲固耦合分析。ABAQUS/Explicit 與 ABAQUS/Standard 有機(jī)的結(jié)合，使求解能力更加強(qiáng)大和靈活。任意的拉格朗日 歐拉 (ALE) 自適應(yīng)網(wǎng)格功能可以有效地模擬