計算機輔助工程(CAE)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢課件

工程軟件訓(xùn)練主講

劉守榮2022/12/16工程軟件訓(xùn)練主講2022/12/131

第一講

計算機輔助工程（ＣＡＥ）的現(xiàn)狀和未來2022/12/16

第一講

計算機輔助工程（ＣＡＥ）的現(xiàn)狀和未來2022/12摘要計算機輔助工程（CAE）是一種迅速發(fā)展的信息技術(shù)，是實現(xiàn)重大工程和工業(yè)產(chǎn)品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計的工程軟件，是支持工程專業(yè)人員進行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設(shè)計的、最重要的工具和手段。2022/12/16摘要計算機輔助工程（CAE）是一種3一．概述計算機輔助工程（CAE)，從字面上講它包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機對工程和產(chǎn)品的功能、性能與安全可靠性進行計算、優(yōu)化設(shè)計，對未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬仿真，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺隕，改進和優(yōu)化設(shè)計方案，證實未來工程/產(chǎn)品的可用性與可靠性。2022/12/16一．概述計算機輔助工程（CAE)，從字面上講它4進行創(chuàng)新設(shè)計的重要工具工程和制造企業(yè)的生命力在于工程/產(chǎn)品的創(chuàng)新，而對于工程師來說，實現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，除了設(shè)計思想和概念之外，最主要的技術(shù)手段，就是采用先進可靠的CAE軟件。2022/12/16進行創(chuàng)新設(shè)計的重要工具工程和制造企業(yè)的生命力在于工程/產(chǎn)品的5進行創(chuàng)新研究的重要手段科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進行科學(xué)和技術(shù)研究的三大手段之一。它可以幫助科學(xué)家揭示用物質(zhì)實驗手段尚不能表現(xiàn)的科學(xué)奧秘和科學(xué)規(guī)律。同時，它也是工程科學(xué)家的研究成果--理論、方法和科學(xué)數(shù)據(jù)--的歸屬之一，做成軟件和數(shù)據(jù)庫，成為推動工程和社會進步的最新生產(chǎn)力。2022/12/16進行創(chuàng)新研究的重要手段科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進行科學(xué)和技術(shù)研究6

CAE軟件是迅速發(fā)展中的計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計算機科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。2022/12/16CAE軟件是迅速發(fā)展中的計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科7

CAE軟件分類針對特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測和優(yōu)化計算的軟件，稱為專用CAE軟件?？梢詫Χ喾N類型的工程/產(chǎn)品的工程行為進行計算分析，模擬仿真，性能預(yù)測、評價與優(yōu)化的軟件，稱為通用CAE軟件。通用CAE軟件主要由有限元軟件、優(yōu)化設(shè)計軟件、計算流體軟件、電磁場計算軟件、最優(yōu)控制軟件和其它專業(yè)性的計算軟件組成。2022/12/16CAE軟件分類針對特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能8CAE技術(shù)已經(jīng)成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計算效率問題已經(jīng)基本解決。CAE與CAD/CAM／CAPP／PDM/ERP軟件一起，已經(jīng)成為企業(yè)家和工程師們實現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。同時，也已成為專家、教授進行研究重要手段。2022/12/16CAE技術(shù)已經(jīng)成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計算效率問題9

CAE與CAD／CAM／CAPP／PDM／ERP一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的重要技術(shù)，它們已經(jīng)在提高工程/產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低研究開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期方面發(fā)揮了重要作用，成為實現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐技術(shù)。2022/12/16CAE與CAD／CAM／CAPP／PDM／E10CAD-ComputerAidedDesign計算機輔助設(shè)計

利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。簡稱cad。在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制圖等項工作。2022/12/16CAD-ComputerAidedDesign計算機輔助11CAE(ComputerAidedEngineering)計算機輔助工程，指用計算機輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。而CAE軟件可作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析；研究線性、非線性問題；分析結(jié)構(gòu)（固體）、流體、電磁等。2022/12/16CAE(ComputerAidedEngineering12CAM

computerAidedManufacturing計算機輔助制造的核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。2022/12/16CAM

computerAidedManufactur13是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設(shè)計效率低、一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。CAPPComputerAidedProcessPlanning2022/12/16是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算14PDM

ProductDataManagement中文名稱為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程(包括過程定義和管理)的技術(shù)。2022/12/16PDM

ProductDataManagement中文15ERP

EnterpriseResourcePlanningERP是企業(yè)資源計劃簡稱，是針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財務(wù)資源管理（財流）、信息資源管理（信息流）集成一體化的企業(yè)管理軟件。2022/12/16ERP

EnterpriseResourcePlanni16發(fā)展趨勢擴充CAE功能，實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分析，實現(xiàn)多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其材料的一體化設(shè)計計算與模擬仿真?；贗nternet/Intranet=>GridComputing的、CAD／CAE／CAM/CAPP／PDM/ERP的集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。2022/12/16發(fā)展趨勢擴充CAE功能，實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分析，實現(xiàn)多物理場耦17二．現(xiàn)狀計算機輔助工程計算起源于五十年代中期。實用的CAE軟件誕生于七十年代初期。從七零年到八五年的十五年，是CAE軟件的功能和算法的擴充和完善期，到八十年代中期，逐步形成了商品化的通用和專用CAE軟件。2022/12/16二．現(xiàn)狀計算機輔助工程計算起源于五十年代中期18

到八十年代后期國際上知名的CAE軟件有NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN－3D,MARC,ASKA,DYNA,MODULEF、FASTRAN等。國內(nèi)的CAE軟件主要是JIFEX,FEM,FEPS,…等。

2022/12/16到八十年代后期國際上知名的CAE軟件有NASTRAN,A19它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計方法、用FORTRAN語言和數(shù)據(jù)文件管理技術(shù)，開發(fā)的結(jié)構(gòu)化軟件。2022/12/16它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計方法、用FORTRAN語言和數(shù)20

近十五年CAE的發(fā)展，不僅是擴充了軟件的功能、性能，更重要的是擴充了用戶界面，前、后處理能力；對數(shù)據(jù)管理和圖形部份，進行了重大的改造。新增的軟件成分大都采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和C++語言。2022/12/16近十五年CAE的發(fā)展，不僅是擴充了軟件的功能、性能，更重21

近十五年CAE軟件發(fā)展很快，目前市場上的CAE軟件，在功能、性能、可用性﹑可靠性方面，基本上滿足了用戶的需求，它們可以運行在超級并行機，大、中、小、微等各類計算機系統(tǒng)上。2022/12/16近十五年CAE軟件發(fā)展很快，目前市場上的CAE軟件，在功能22通用CAE的算法與軟件模塊2022/12/16通用CAE的算法與軟件模塊2022/12/1323前處理三維實體建模與參數(shù)化建模，構(gòu)件的布爾運算，有限元自動剖分與節(jié)點自動編號，節(jié)點參數(shù)自動生成，荷載與材料數(shù)據(jù)輸入與公式化導(dǎo)入，節(jié)點荷載自動生成，有限元模型信息自動生成,...。2022/12/16前處理三維實體建模與參數(shù)化建模，2022/12/24有限元分析

有限單元庫，材料庫及相關(guān)算法庫，約束處理算法，靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫及相應(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝模塊庫，單元內(nèi)物理場計算等,...。2022/12/16有限元分析有限單元庫，2022/12/1325有限元分析子系統(tǒng)

根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，有限元分析可以分解成若干個子問題子系統(tǒng):線性靜力分析子系統(tǒng),動力及高速碰撞分析子系統(tǒng),振動模態(tài)分析子系統(tǒng),非線性分析子系統(tǒng),多體耦合與接觸分析子系統(tǒng),熱分析與熱-力耦合分析子系統(tǒng),…。2022/12/16有限元分析子系統(tǒng)

根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)26

CAE軟件的計算分析與模擬仿真能力，主要決定于單元庫和材料庫的豐富和完善程度，單元庫包含的單元類型越多，材料庫包括的材料特性種類越全，其對工程/產(chǎn)品的分析與仿真能力就越強。知名CAE軟件的單元庫一般都有百余種單元，并擁有一個比較完善的材料庫。2022/12/16CAE軟件的計算分析與模擬仿真能力，主要決定于單27

CAE軟件的計算效率和計算結(jié)果的精度，主要決定于解法庫；如果解法庫包含了各種不同類型的高性能求解算法，那它就會對不同類型、不同規(guī)模的問題，以較快的速度和較高的精度給出計算結(jié)果。先進高效的求解算法與常規(guī)的求解算法相比，在計算效率上可能有幾倍、幾十倍，甚至幾百倍的差異，特別是在并行計算機環(huán)境下運行。2022/12/16CAE軟件的計算效率和計算結(jié)果的精度，主要決28后處理有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，各種物理量的加工與顯示，根據(jù)設(shè)計要求對工程/產(chǎn)品按工程規(guī)范進行設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗，優(yōu)化設(shè)計，配筋設(shè)計與繪制設(shè)計圖，….2022/12/16后處理有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，2022/12/1329前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成份，它們是CAE軟件滿足用戶需求，使通用軟件專業(yè)化、屬地化，并實現(xiàn)與CAD、CAM、CAPP、PDM等軟件無縫集成的關(guān)鍵成份；通過增加面向行業(yè)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法模塊實現(xiàn)了特定行業(yè)的有效應(yīng)用.2022/12/16前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成份，30

ANSYS軟件通過增設(shè)與CAD軟件的接口模塊，實現(xiàn)了與Pro/Engineer，CADDS，Unigraphic，Solidedge，CADIA，Solidworks，MDT以及SolidDesigner，MicroStation等軟件的有效集成。2022/12/16ANSYS軟件通過增設(shè)與CAD軟件的接口模31用戶界面用戶界面包括交互式圖形界面，數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出宏命令,

CAE相關(guān)的GUI圖符，智能化用戶界面支持系統(tǒng)(專家系統(tǒng)）。2022/12/16用戶界面用戶界面包括交互式圖形界面，2022/1232數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫不同的CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)不同：文件管理系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)庫：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，典型工程／產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖形庫，常規(guī)材料特性數(shù)據(jù)庫，相關(guān)的國家／國際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫，以及有關(guān)的知識庫等。2022/12/16數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫不同的CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理33數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型應(yīng)用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)镃AE軟件的功能擴充，實現(xiàn)與CAD、CAM…軟件的連接運行奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)劣，對大型CAE軟件的運行效率影響極大。統(tǒng)計資料表明，CAE軟件在運行中，70％左右的時間是在進行數(shù)據(jù)交換。2022/12/16數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型應(yīng)用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)集34目前國際上先進CAE軟件功能靜力和擬靜力的線性與非線性分析線性與非線性動力分析穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析電磁場和電流分析流體計算聲場與波的傳波計算，…。2022/12/16目前國際上先進CAE軟件功能靜力和擬靜力的線性與非線性分析235靜力和擬靜力的線性與非線性分析各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈性、彈塑性、塑性、蠕變、膨脹、幾何大變形、大應(yīng)變、疲勞、斷裂、損傷，以及多體彈塑性接觸在內(nèi)的變形與應(yīng)力應(yīng)變分析。2022/12/16靜力和擬靜力的線性與非線性分析各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈36線性與非線性動力分析各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下的時程分析，振動模態(tài)分析，交變荷載與諧波響應(yīng)分析，隨機地震荷載及隨機振動分析，屈曲與穩(wěn)定性分析等。2022/12/16線性與非線性動力分析各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下的時程37穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱-力耦合分析

熱傳導(dǎo)分析，對流和幅射狀態(tài)下的熱分析，相變分析，熱/結(jié)構(gòu)耦合分析，…。2022/12/16穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱-力耦合分析熱傳導(dǎo)分析，2022/1238電磁場和電流分析

靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析，電流與壓電行為分析，電磁/結(jié)構(gòu)耦合分析，...。2022/12/16電磁場和電流分析靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析，20239流體計算

常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端流分析，熱/流耦合分析，流/固耦合分析，...。2022/12/16流體計算常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端流分析，202240聲場與波的傳波計算

靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算，固體、流體和空氣中波的傳播計算，...。2022/12/16聲場與波的傳波計算靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算，202241伴隨著CAE的發(fā)展，CAE與CAD/CAM/CAPP/PDM一起已經(jīng)形成了一個包括研究、開發(fā)、營銷、咨詢、培訓(xùn)服務(wù)在內(nèi)的軟件產(chǎn)業(yè)，這是一個對工程和產(chǎn)品制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新有重大影響的軟件產(chǎn)業(yè)，它已經(jīng)并會繼續(xù)對國民經(jīng)濟的發(fā)展做出重要貢獻。2022/12/16伴隨著CAE的發(fā)展，CAE與CAD/CA42三．發(fā)展趨勢功能性能軟件技術(shù)用戶界面與智能化網(wǎng)絡(luò)化與CAE網(wǎng)上鏈鎖店2022/12/16三．發(fā)展趨勢功能2022/12/13433.1功能可變形體與多體耦合分析，多相多態(tài)介質(zhì)耦合分析，多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真與優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)，微機電系統(tǒng)分析。2022/12/163.1功能可變形體與多體耦合分析，2022/12/1344可變形體系與多體耦合分析形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系的動力與振動分析。例如，衛(wèi)星天線、機器人、起落架。多體耦合狀態(tài)下的靜力、動力與振動分析：多體接觸分析，多體耦合動力分析與多體耦合振動分析。例如，車輛與路軌，車輛與橋梁等。2022/12/16可變形體系與多體耦合分析形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系的45多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦合分析

－－復(fù)雜的工程/產(chǎn)品大都是處在多物理場與多相多態(tài)介質(zhì)非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非是多個單一問題的迭加。多物理場（力場、滲流場、溫度場、電磁場等）非線性耦合分析，多相與多態(tài)（流、固、氣）介質(zhì)耦合分析。2022/12/16多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦合分析

－－復(fù)雜的工程/產(chǎn)品大都46多尺度耦合分析從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材料，從復(fù)合材料做成構(gòu)件，再由構(gòu)件裝配成工程/產(chǎn)品，存在著從微觀、細觀到宏觀的多尺度現(xiàn)象；不同的尺度服從于不同的物理、力學(xué)模型；通過對宏觀模型的細分，不能導(dǎo)致細觀和微觀模型；相反，通過微觀和細觀模型的無限迭加，也難導(dǎo)致宏觀模型。因此，在工程/產(chǎn)品的精細分析中，客觀地會遇到多尺度模型的耦合問題。目前的CAE軟件，都是僅限于宏觀物理、力學(xué)模型的工程/品分析。2022/12/16多尺度耦合分析從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材47對于多物理場的強耦合問題、多相多態(tài)介質(zhì)耦合問題，特別是多尺度耦合問題，目前尚沒有成熟可靠的理論，尚處于基礎(chǔ)性前沿研究，它們已經(jīng)成為國內(nèi)外科學(xué)家主攻的目標(biāo)，由于其強烈的工業(yè)背景，基礎(chǔ)研究的任何突破，都會被迅速納入CAE軟件，以支持新興工程/工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。2022/12/16對于多物理場的強耦合問題、多相多態(tài)介質(zhì)耦合問48從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真、優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，不遠的將來，計算機輔助于材料設(shè)計將會納入CAE軟件，實現(xiàn)從材料性能的預(yù)測、仿真，到構(gòu)件與整個產(chǎn)品的設(shè)計、性能預(yù)測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機輔助于材料設(shè)計、制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、優(yōu)化于一體的新一代CAE系統(tǒng)。2022/12/16從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真、優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)49微機電系統(tǒng)分析隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理論與亞微米、納米科學(xué)的發(fā)展，以及微機電系統(tǒng)開發(fā)的強烈需求，專門用于微機電系統(tǒng)設(shè)計計算和系統(tǒng)仿真的CAE軟件正在開發(fā)，不久將會問世。2022/12/16微機電系統(tǒng)分析隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理論與亞微米、503.2性能基于超級計算機和計算機群的并行計算CAE系統(tǒng)，基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)2022/12/163.2性能基于超級計算機和計算機群的并行計算CAE系統(tǒng)，51適應(yīng)于超級計算機和機群并行計算CAE系統(tǒng)每秒千萬億次的計算機與機群系統(tǒng)即將誕生，適應(yīng)這些大規(guī)模并行計算平臺的新型高精度和高效率算法正迅速發(fā)展。新一代的CAE系統(tǒng)將能夠解算上千萬階級方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工程／產(chǎn)品的實時和真三維仿真。2022/12/16適應(yīng)于超級計算機和機群并行計算CAE系統(tǒng)每秒千萬億次的計算52基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類計算機連接在一起，人們正在開發(fā)將互聯(lián)網(wǎng)上所有計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫以及連接的實驗設(shè)備統(tǒng)一和有效使用的網(wǎng)格計算技術(shù)。隨著這一技術(shù)的成熟，一定會出現(xiàn)基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)2022/12/16基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類計算機連接在53基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)隨著分布式對象集成技術(shù)和網(wǎng)格計算技術(shù)的發(fā)展，大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)中實施并行工程，以及研究集團的聯(lián)合攻關(guān)，未來的用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM和ERP產(chǎn)品，它們需要基于互聯(lián)網(wǎng)(JAVA)的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協(xié)同工作的的套裝系統(tǒng)。2022/12/16基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)隨著分布式對象54大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠﹑化工廠﹑飛機﹑輪船及機車車輛等，它們由數(shù)萬到數(shù)百萬個構(gòu)件和數(shù)以千計的設(shè)備組成，其設(shè)計﹑分析﹑安裝模擬和運行過程仿真，都要涉及數(shù)個到數(shù)十專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員。因此，基于Internet和Gridcomputing的異地﹑異構(gòu)系統(tǒng)下的計算分析，實現(xiàn)對大型工程／復(fù)雜產(chǎn)品的全面分析和運行仿真，將成為CAE的另一個重要發(fā)展方向。2022/12/16大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠﹑化工廠﹑飛機﹑輪船及機車553.3軟件技術(shù)真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實，基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫。2022/12/163.3軟件技術(shù)真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實，2022/12/56真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實隨著DSP芯片的發(fā)展，計算機圖形處理能力近年有了上百倍的提高，再加上三維圖形算法、圖形運算和參數(shù)化建模的發(fā)展，快速真三維的虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成熟。因此,CAE軟件的三維實體建模，復(fù)雜的靜態(tài)、動態(tài)物理場的虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會有大發(fā)展。2022/12/16真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實隨著DSP芯片的發(fā)展，計算57基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫高性能／價格比的大容量的存貯器及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展，PC機的硬盤容量很快將由GB達到TB量級。用戶將要求把更多的計算模型、設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識性信息納入CAE軟件的數(shù)據(jù)庫中。2022/12/16基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο?8

Internet和Gridcomputing環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，必須能夠管理多用戶并發(fā)存／取的、與時間／空間相關(guān)的、大量非結(jié)構(gòu)化的、各種類型的數(shù)據(jù)。高性能的、基于網(wǎng)格環(huán)境的、面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)將會出現(xiàn)在新一代的CAE軟件中。2022/12/16Internet和Gridcomputing環(huán)境下的數(shù)據(jù)59

Internet和Gridcomputing環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)該具有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫及其管理技術(shù)的優(yōu)點，支持抽象數(shù)據(jù)模型定義，分布式、異構(gòu)、虛擬計算環(huán)境與多用戶并發(fā)I/O狀態(tài)下的數(shù)據(jù)管理，Internet和Gridcomputing環(huán)境下的高級存儲與查詢語言，訪問權(quán)限與數(shù)據(jù)所有權(quán)的保護，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的時/空一致性和有效性檢驗，系統(tǒng)異常狀態(tài)下的數(shù)據(jù)一致性恢復(fù)等。2022/12/16Internet和Gridcomputing環(huán)境下的數(shù)據(jù)603.4用戶界面多媒體用戶界面智能化用戶界面2022/12/163.4用戶界面多媒體用戶界面2022/12/161多媒體用戶界面計算機圖形技術(shù)正在迅猛發(fā)展，狹義的語音輸入／輸出已成現(xiàn)實，計算機視覺系統(tǒng)已能在一定范圍內(nèi)分析體態(tài)、眼神和手勢，隱含信息請求的數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)也已冒泡，會聽、看、說、寫和學(xué)習(xí)的計算機即將聞世，這些多媒體技術(shù)一定會使未來CAE軟件的用戶界面具有更強的直觀、直感和直覺性，給用戶帶來極大便利2022/12/16多媒體用戶界面計算機圖形技術(shù)正在迅猛發(fā)展，狹義的語音輸入62智能化用戶界面

CAE軟件是一個多學(xué)科交叉的、綜合性的知識密集型產(chǎn)品，它由數(shù)百到數(shù)千個算法模塊組成，其數(shù)據(jù)庫存放著眾多的設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，行業(yè)性的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，以及判定設(shè)計和計算結(jié)果正確與否的知識性規(guī)則。怎么使用軟件？怎么判定計算結(jié)果？支持用戶有效地使用這些軟件的專家系統(tǒng)，將成為用戶界面的重要組成部分。2022/12/16智能化用戶界面CAE軟件是一個多學(xué)科交叉的、綜合性的知識633.5集成化、專業(yè)化與屬地化目前多數(shù)還是單一、孤島式的CAD、CAE、CAM、PDM產(chǎn)品，集成化程度不高。隨著實施并行工程，加入WTO和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，科研人員和中、小企業(yè)用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、PDM產(chǎn)品。他們需要具有專業(yè)特色的、集成化的套裝支持系統(tǒng)。2022/12/163.5集成化、專業(yè)化與屬地化目前多數(shù)還是單一、孤島式的C64

滿足專業(yè)化屬地用戶的需求，即國外CAD／CAE／CAM／PDM軟件中國化，以及中國出口軟件的屬地化，應(yīng)該成為CAE軟件開發(fā)商的經(jīng)營之道。2022/12/16滿足專業(yè)化屬地用戶的需求，即國外CAD／CAE／CAM65實現(xiàn)初級集成化的若干途徑直接的橋式軟部件連接．共享數(shù)據(jù)庫＋橋式軟部件連接．建立基于Internet的、可支持二次開發(fā)的智能化信息交換平臺。2022/12/16實現(xiàn)初級集成化的若干途徑直接的橋式軟部件連接．2022/1266力元智能信息交換協(xié)作平臺信息傳輸與交換平臺，企業(yè)應(yīng)用集成平臺，協(xié)同工作平臺。（端口池，數(shù)據(jù)傳感器）2022/12/16力元智能信息交換協(xié)作平臺信息傳輸與交換平臺，2022/12/673.6CAE網(wǎng)上鏈鎖店隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)格計算的發(fā)展，

寬帶通信技術(shù)的突破，通信、廣播和計算機三網(wǎng)合一的步伐定會加快，一個完全信息化的、充滿著虛擬色彩，而又實實在在的新時代即將到來，它將改變現(xiàn)代人的工作、學(xué)習(xí)、交往和娛樂方式，實現(xiàn)處處可以學(xué)習(xí)，處處可以工作。2022/12/163.6CAE網(wǎng)上鏈鎖店隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)格計算的68立足于全社會的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立專業(yè)化的CAE網(wǎng)上鏈鎖店，實施網(wǎng)上經(jīng)銷、網(wǎng)上培訓(xùn)與咨詢服務(wù)，以及計算量大的工程計算網(wǎng)上運行，使用戶能夠進行多專業(yè)﹑異地﹑協(xié)同﹑并行地設(shè)計與分析，實施工程與產(chǎn)品創(chuàng)新，必將成為CAE軟件業(yè)的一個發(fā)展方向2022/12/16立足于全社會的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立專業(yè)化的CAE網(wǎng)上鏈鎖店，實69這種網(wǎng)上鏈鎖店能否生存，關(guān)鍵在于能否建立一個自適應(yīng)于當(dāng)前社會環(huán)境的、實現(xiàn)知識產(chǎn)權(quán)保護和合理付費的機制，這種機制應(yīng)該保證軟件與數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)的擁有者，能夠依據(jù)合同條款從使用者那里獲得合理的收益，并給用戶提供一個方便地調(diào)用軟件和訪問數(shù)據(jù)，以及方便合理的付費途徑。2022/12/16這種網(wǎng)上鏈鎖店能否生存，關(guān)鍵在于能否建立一個自適應(yīng)于當(dāng)前70這不是一個技術(shù)性難題，而是一個涉及到觀念和法律的問題；社會需求和潛在的巨額利潤，會刺激有志之士，摸著石頭過河，一步步地解決這個難題，使CAE網(wǎng)上鏈鎖店走上興旺發(fā)達之路。

ANSYS公司已經(jīng)和HP、EAI合作創(chuàng)建了一種針對ANSYS的網(wǎng)上經(jīng)銷服務(wù)體系。2022/12/16這不是一個技術(shù)性難題，而是一個涉及到觀念和法律的問題；271工程和產(chǎn)品創(chuàng)新為CAE發(fā)展提供了強大的動力，信息技術(shù)的飛速發(fā)展為CAE技術(shù)的提升提供了技術(shù)基礎(chǔ)。CAE技術(shù)將會隨著工程科學(xué)的迅速發(fā)展而有一個更為輝煌燦爛的明天。2022/12/16工程和產(chǎn)品創(chuàng)新為CAE發(fā)展提供了強大的動力，信息72演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！73工程軟件訓(xùn)練主講

劉守榮2022/12/16工程軟件訓(xùn)練主講2022/12/1374

第一講

計算機輔助工程（ＣＡＥ）的現(xiàn)狀和未來2022/12/16

第一講

計算機輔助工程（ＣＡＥ）的現(xiàn)狀和未來2022/175摘要計算機輔助工程（CAE）是一種迅速發(fā)展的信息技術(shù)，是實現(xiàn)重大工程和工業(yè)產(chǎn)品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計的工程軟件，是支持工程專業(yè)人員進行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設(shè)計的、最重要的工具和手段。2022/12/16摘要計算機輔助工程（CAE）是一種76一．概述計算機輔助工程（CAE)，從字面上講它包括工程和制造業(yè)信息化的所有方面，但是傳統(tǒng)的CAE主要指用計算機對工程和產(chǎn)品的功能、性能與安全可靠性進行計算、優(yōu)化設(shè)計，對未來的工作狀態(tài)和運行行為進行模擬仿真，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺隕，改進和優(yōu)化設(shè)計方案，證實未來工程/產(chǎn)品的可用性與可靠性。2022/12/16一．概述計算機輔助工程（CAE)，從字面上講它77進行創(chuàng)新設(shè)計的重要工具工程和制造企業(yè)的生命力在于工程/產(chǎn)品的創(chuàng)新，而對于工程師來說，實現(xiàn)創(chuàng)新的關(guān)鍵，除了設(shè)計思想和概念之外，最主要的技術(shù)手段，就是采用先進可靠的CAE軟件。2022/12/16進行創(chuàng)新設(shè)計的重要工具工程和制造企業(yè)的生命力在于工程/產(chǎn)品的78進行創(chuàng)新研究的重要手段科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進行科學(xué)和技術(shù)研究的三大手段之一。它可以幫助科學(xué)家揭示用物質(zhì)實驗手段尚不能表現(xiàn)的科學(xué)奧秘和科學(xué)規(guī)律。同時，它也是工程科學(xué)家的研究成果--理論、方法和科學(xué)數(shù)據(jù)--的歸屬之一，做成軟件和數(shù)據(jù)庫，成為推動工程和社會進步的最新生產(chǎn)力。2022/12/16進行創(chuàng)新研究的重要手段科學(xué)計算是現(xiàn)代科學(xué)家進行科學(xué)和技術(shù)研究79

CAE軟件是迅速發(fā)展中的計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科學(xué)、工程管理學(xué)與現(xiàn)代計算機科學(xué)和技術(shù)相結(jié)合，而形成的一種綜合性、知識密集型信息產(chǎn)品。2022/12/16CAE軟件是迅速發(fā)展中的計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、相關(guān)的工程科80

CAE軟件分類針對特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測和優(yōu)化計算的軟件，稱為專用CAE軟件?？梢詫Χ喾N類型的工程/產(chǎn)品的工程行為進行計算分析，模擬仿真，性能預(yù)測、評價與優(yōu)化的軟件，稱為通用CAE軟件。通用CAE軟件主要由有限元軟件、優(yōu)化設(shè)計軟件、計算流體軟件、電磁場計算軟件、最優(yōu)控制軟件和其它專業(yè)性的計算軟件組成。2022/12/16CAE軟件分類針對特定類型的工程/產(chǎn)品所開發(fā)的用于產(chǎn)品性能81CAE技術(shù)已經(jīng)成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計算效率問題已經(jīng)基本解決。CAE與CAD/CAM／CAPP／PDM/ERP軟件一起，已經(jīng)成為企業(yè)家和工程師們實現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的得力助手和有效工具。同時，也已成為專家、教授進行研究重要手段。2022/12/16CAE技術(shù)已經(jīng)成熟，CAE軟件的可用性、可靠性和計算效率問題82

CAE與CAD／CAM／CAPP／PDM／ERP一起，已經(jīng)成為支持工程行業(yè)和制造企業(yè)信息化的重要技術(shù)，它們已經(jīng)在提高工程/產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，降低研究開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期方面發(fā)揮了重要作用，成為實現(xiàn)工程/產(chǎn)品創(chuàng)新的支撐技術(shù)。2022/12/16CAE與CAD／CAM／CAPP／PDM／E83CAD-ComputerAidedDesign計算機輔助設(shè)計

利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。簡稱cad。在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制圖等項工作。2022/12/16CAD-ComputerAidedDesign計算機輔助84CAE(ComputerAidedEngineering)計算機輔助工程，指用計算機輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。而CAE軟件可作靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，動態(tài)分析；研究線性、非線性問題；分析結(jié)構(gòu)（固體）、流體、電磁等。2022/12/16CAE(ComputerAidedEngineering85CAM

computerAidedManufacturing計算機輔助制造的核心是計算機數(shù)值控制(簡稱數(shù)控)，是將計算機應(yīng)用于制造生產(chǎn)過程的過程或系統(tǒng)。2022/12/16CAM

computerAidedManufactur86是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設(shè)計效率低、一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。CAPPComputerAidedProcessPlanning2022/12/16是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算87PDM

ProductDataManagement中文名稱為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理。PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程(包括過程定義和管理)的技術(shù)。2022/12/16PDM

ProductDataManagement中文88ERP

EnterpriseResourcePlanningERP是企業(yè)資源計劃簡稱，是針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）、財務(wù)資源管理（財流）、信息資源管理（信息流）集成一體化的企業(yè)管理軟件。2022/12/16ERP

EnterpriseResourcePlanni89發(fā)展趨勢擴充CAE功能，實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分析，實現(xiàn)多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，以及結(jié)構(gòu)、構(gòu)件及其材料的一體化設(shè)計計算與模擬仿真?；贗nternet/Intranet=>GridComputing的、CAD／CAE／CAM/CAPP／PDM/ERP的集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。2022/12/16發(fā)展趨勢擴充CAE功能，實現(xiàn)多結(jié)構(gòu)耦合分析，實現(xiàn)多物理場耦90二．現(xiàn)狀計算機輔助工程計算起源于五十年代中期。實用的CAE軟件誕生于七十年代初期。從七零年到八五年的十五年，是CAE軟件的功能和算法的擴充和完善期，到八十年代中期，逐步形成了商品化的通用和專用CAE軟件。2022/12/16二．現(xiàn)狀計算機輔助工程計算起源于五十年代中期91

到八十年代后期國際上知名的CAE軟件有NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN－3D,MARC,ASKA,DYNA,MODULEF、FASTRAN等。國內(nèi)的CAE軟件主要是JIFEX,FEM,FEPS,…等。

2022/12/16到八十年代后期國際上知名的CAE軟件有NASTRAN,A92它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計方法、用FORTRAN語言和數(shù)據(jù)文件管理技術(shù)，開發(fā)的結(jié)構(gòu)化軟件。2022/12/16它們都是采用結(jié)構(gòu)化軟件設(shè)計方法、用FORTRAN語言和數(shù)93

近十五年CAE的發(fā)展，不僅是擴充了軟件的功能、性能，更重要的是擴充了用戶界面，前、后處理能力；對數(shù)據(jù)管理和圖形部份，進行了重大的改造。新增的軟件成分大都采用了面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和C++語言。2022/12/16近十五年CAE的發(fā)展，不僅是擴充了軟件的功能、性能，更重94

近十五年CAE軟件發(fā)展很快，目前市場上的CAE軟件，在功能、性能、可用性﹑可靠性方面，基本上滿足了用戶的需求，它們可以運行在超級并行機，大、中、小、微等各類計算機系統(tǒng)上。2022/12/16近十五年CAE軟件發(fā)展很快，目前市場上的CAE軟件，在功能95通用CAE的算法與軟件模塊2022/12/16通用CAE的算法與軟件模塊2022/12/1396前處理三維實體建模與參數(shù)化建模，構(gòu)件的布爾運算，有限元自動剖分與節(jié)點自動編號，節(jié)點參數(shù)自動生成，荷載與材料數(shù)據(jù)輸入與公式化導(dǎo)入，節(jié)點荷載自動生成，有限元模型信息自動生成,...。2022/12/16前處理三維實體建模與參數(shù)化建模，2022/12/97有限元分析

有限單元庫，材料庫及相關(guān)算法庫，約束處理算法，靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫及相應(yīng)的有限元系統(tǒng)組裝模塊庫，單元內(nèi)物理場計算等,...。2022/12/16有限元分析有限單元庫，2022/12/1398有限元分析子系統(tǒng)

根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，有限元分析可以分解成若干個子問題子系統(tǒng):線性靜力分析子系統(tǒng),動力及高速碰撞分析子系統(tǒng),振動模態(tài)分析子系統(tǒng),非線性分析子系統(tǒng),多體耦合與接觸分析子系統(tǒng),熱分析與熱-力耦合分析子系統(tǒng),…。2022/12/16有限元分析子系統(tǒng)

根據(jù)工程問題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)99

CAE軟件的計算分析與模擬仿真能力，主要決定于單元庫和材料庫的豐富和完善程度，單元庫包含的單元類型越多，材料庫包括的材料特性種類越全，其對工程/產(chǎn)品的分析與仿真能力就越強。知名CAE軟件的單元庫一般都有百余種單元，并擁有一個比較完善的材料庫。2022/12/16CAE軟件的計算分析與模擬仿真能力，主要決定于單100

CAE軟件的計算效率和計算結(jié)果的精度，主要決定于解法庫；如果解法庫包含了各種不同類型的高性能求解算法，那它就會對不同類型、不同規(guī)模的問題，以較快的速度和較高的精度給出計算結(jié)果。先進高效的求解算法與常規(guī)的求解算法相比，在計算效率上可能有幾倍、幾十倍，甚至幾百倍的差異，特別是在并行計算機環(huán)境下運行。2022/12/16CAE軟件的計算效率和計算結(jié)果的精度，主要決101后處理有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，各種物理量的加工與顯示，根據(jù)設(shè)計要求對工程/產(chǎn)品按工程規(guī)范進行設(shè)計數(shù)據(jù)檢驗，優(yōu)化設(shè)計，配筋設(shè)計與繪制設(shè)計圖，….2022/12/16后處理有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，2022/12/13102前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成份，它們是CAE軟件滿足用戶需求，使通用軟件專業(yè)化、屬地化，并實現(xiàn)與CAD、CAM、CAPP、PDM等軟件無縫集成的關(guān)鍵成份；通過增加面向行業(yè)的數(shù)據(jù)處理和優(yōu)化算法模塊實現(xiàn)了特定行業(yè)的有效應(yīng)用.2022/12/16前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成份，103

ANSYS軟件通過增設(shè)與CAD軟件的接口模塊，實現(xiàn)了與Pro/Engineer，CADDS，Unigraphic，Solidedge，CADIA，Solidworks，MDT以及SolidDesigner，MicroStation等軟件的有效集成。2022/12/16ANSYS軟件通過增設(shè)與CAD軟件的接口模104用戶界面用戶界面包括交互式圖形界面，數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出宏命令,

CAE相關(guān)的GUI圖符，智能化用戶界面支持系統(tǒng)(專家系統(tǒng)）。2022/12/16用戶界面用戶界面包括交互式圖形界面，2022/12105數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫不同的CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理技術(shù)不同：文件管理系統(tǒng)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等；數(shù)據(jù)庫：標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件庫，典型工程／產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)圖形庫，常規(guī)材料特性數(shù)據(jù)庫，相關(guān)的國家／國際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范庫，以及有關(guān)的知識庫等。2022/12/16數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫不同的CAE軟件采用的數(shù)據(jù)管理106數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型應(yīng)用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)集成的核心，它們?yōu)镃AE軟件的功能擴充，實現(xiàn)與CAD、CAM…軟件的連接運行奠定了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的優(yōu)劣，對大型CAE軟件的運行效率影響極大。統(tǒng)計資料表明，CAE軟件在運行中，70％左右的時間是在進行數(shù)據(jù)交換。2022/12/16數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫已經(jīng)成為大型應(yīng)用軟件實現(xiàn)系統(tǒng)集107目前國際上先進CAE軟件功能靜力和擬靜力的線性與非線性分析線性與非線性動力分析穩(wěn)態(tài)與瞬態(tài)熱分析電磁場和電流分析流體計算聲場與波的傳波計算，…。2022/12/16目前國際上先進CAE軟件功能靜力和擬靜力的線性與非線性分析2108靜力和擬靜力的線性與非線性分析各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈性、彈塑性、塑性、蠕變、膨脹、幾何大變形、大應(yīng)變、疲勞、斷裂、損傷，以及多體彈塑性接觸在內(nèi)的變形與應(yīng)力應(yīng)變分析。2022/12/16靜力和擬靜力的線性與非線性分析各種單一和復(fù)雜組合結(jié)構(gòu)的彈109線性與非線性動力分析各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下的時程分析，振動模態(tài)分析，交變荷載與諧波響應(yīng)分析，隨機地震荷載及隨機振動分析，屈曲與穩(wěn)定性分析等。2022/12/16線性與非線性動力分析各種動荷載、爆炸與沖擊荷載作用下的時程110穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱-力耦合分析

熱傳導(dǎo)分析，對流和幅射狀態(tài)下的熱分析，相變分析，熱/結(jié)構(gòu)耦合分析，…。2022/12/16穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)熱傳導(dǎo)與熱-力耦合分析熱傳導(dǎo)分析，2022/12111電磁場和電流分析

靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析，電流與壓電行為分析，電磁/結(jié)構(gòu)耦合分析，...。2022/12/16電磁場和電流分析靜態(tài)和交變態(tài)的電磁場分析，202112流體計算

常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端流分析，熱/流耦合分析，流/固耦合分析，...。2022/12/16流體計算常規(guī)的管內(nèi)和外場的層流與端流分析，2022113聲場與波的傳波計算

靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算，固體、流體和空氣中波的傳播計算，...。2022/12/16聲場與波的傳波計算靜態(tài)和動態(tài)聲場及噪聲計算，2022114伴隨著CAE的發(fā)展，CAE與CAD/CAM/CAPP/PDM一起已經(jīng)形成了一個包括研究、開發(fā)、營銷、咨詢、培訓(xùn)服務(wù)在內(nèi)的軟件產(chǎn)業(yè)，這是一個對工程和產(chǎn)品制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新有重大影響的軟件產(chǎn)業(yè)，它已經(jīng)并會繼續(xù)對國民經(jīng)濟的發(fā)展做出重要貢獻。2022/12/16伴隨著CAE的發(fā)展，CAE與CAD/CA115三．發(fā)展趨勢功能性能軟件技術(shù)用戶界面與智能化網(wǎng)絡(luò)化與CAE網(wǎng)上鏈鎖店2022/12/16三．發(fā)展趨勢功能2022/12/131163.1功能可變形體與多體耦合分析，多相多態(tài)介質(zhì)耦合分析，多物理場耦合分析，多尺度耦合分析，從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真與優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)，微機電系統(tǒng)分析。2022/12/163.1功能可變形體與多體耦合分析，2022/12/13117可變形體系與多體耦合分析形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系的動力與振動分析。例如，衛(wèi)星天線、機器人、起落架。多體耦合狀態(tài)下的靜力、動力與振動分析：多體接觸分析，多體耦合動力分析與多體耦合振動分析。例如，車輛與路軌，車輛與橋梁等。2022/12/16可變形體系與多體耦合分析形體變化與荷載并發(fā)狀態(tài)下可變形體系的118多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦合分析

－－復(fù)雜的工程/產(chǎn)品大都是處在多物理場與多相多態(tài)介質(zhì)非線性耦合狀態(tài)下工作，其行為絕非是多個單一問題的迭加。多物理場（力場、滲流場、溫度場、電磁場等）非線性耦合分析，多相與多態(tài)（流、固、氣）介質(zhì)耦合分析。2022/12/16多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場耦合分析

－－復(fù)雜的工程/產(chǎn)品大都119多尺度耦合分析從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材料，從復(fù)合材料做成構(gòu)件，再由構(gòu)件裝配成工程/產(chǎn)品，存在著從微觀、細觀到宏觀的多尺度現(xiàn)象；不同的尺度服從于不同的物理、力學(xué)模型；通過對宏觀模型的細分，不能導(dǎo)致細觀和微觀模型；相反，通過微觀和細觀模型的無限迭加，也難導(dǎo)致宏觀模型。因此，在工程/產(chǎn)品的精細分析中，客觀地會遇到多尺度模型的耦合問題。目前的CAE軟件，都是僅限于宏觀物理、力學(xué)模型的工程/品分析。2022/12/16多尺度耦合分析從基本材料的組份與構(gòu)造到復(fù)合材120對于多物理場的強耦合問題、多相多態(tài)介質(zhì)耦合問題，特別是多尺度耦合問題，目前尚沒有成熟可靠的理論，尚處于基礎(chǔ)性前沿研究，它們已經(jīng)成為國內(nèi)外科學(xué)家主攻的目標(biāo)，由于其強烈的工業(yè)背景，基礎(chǔ)研究的任何突破，都會被迅速納入CAE軟件，以支持新興工程/工業(yè)產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新。2022/12/16對于多物理場的強耦合問題、多相多態(tài)介質(zhì)耦合問121從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真、優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)隨著計算材料科學(xué)的發(fā)展，不遠的將來，計算機輔助于材料設(shè)計將會納入CAE軟件，實現(xiàn)從材料性能的預(yù)測、仿真，到構(gòu)件與整個產(chǎn)品的設(shè)計、性能預(yù)測、系統(tǒng)仿真，形成集計算機輔助于材料設(shè)計、制備，到工程或產(chǎn)品的設(shè)計、仿真、優(yōu)化于一體的新一代CAE系統(tǒng)。2022/12/16從材料設(shè)計到工程/產(chǎn)品設(shè)計、集仿真、優(yōu)化于一體的CAE系統(tǒng)122微機電系統(tǒng)分析隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理論與亞微米、納米科學(xué)的發(fā)展，以及微機電系統(tǒng)開發(fā)的強烈需求，專門用于微機電系統(tǒng)設(shè)計計算和系統(tǒng)仿真的CAE軟件正在開發(fā)，不久將會問世。2022/12/16微機電系統(tǒng)分析隨著多物理場、多相、多態(tài)介質(zhì)耦合理論與亞微米、1233.2性能基于超級計算機和計算機群的并行計算CAE系統(tǒng)，基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)，基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)2022/12/163.2性能基于超級計算機和計算機群的并行計算CAE系統(tǒng)，124適應(yīng)于超級計算機和機群并行計算CAE系統(tǒng)每秒千萬億次的計算機與機群系統(tǒng)即將誕生，適應(yīng)這些大規(guī)模并行計算平臺的新型高精度和高效率算法正迅速發(fā)展。新一代的CAE系統(tǒng)將能夠解算上千萬階級方程組，能夠?qū)崿F(xiàn)對復(fù)雜工程／產(chǎn)品的實時和真三維仿真。2022/12/16適應(yīng)于超級計算機和機群并行計算CAE系統(tǒng)每秒千萬億次的計算125基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類計算機連接在一起，人們正在開發(fā)將互聯(lián)網(wǎng)上所有計算機硬件、軟件、數(shù)據(jù)庫以及連接的實驗設(shè)備統(tǒng)一和有效使用的網(wǎng)格計算技術(shù)。隨著這一技術(shù)的成熟，一定會出現(xiàn)基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)2022/12/16基于網(wǎng)格計算的CAE系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)將千萬臺各類計算機連接在126基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)隨著分布式對象集成技術(shù)和網(wǎng)格計算技術(shù)的發(fā)展，大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)中實施并行工程，以及研究集團的聯(lián)合攻關(guān)，未來的用戶將不再需要單一的CAD、CAE、CAM、CAPP、PDM和ERP產(chǎn)品，它們需要基于互聯(lián)網(wǎng)(JAVA)的、具有行業(yè)特色的、集成化與支持協(xié)同工作的的套裝系統(tǒng)。2022/12/16基于互聯(lián)網(wǎng)的集成化與支持協(xié)同工作的CAE系統(tǒng)隨著分布式對象127大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠﹑化工廠﹑飛機﹑輪船及機車車輛等，它們由數(shù)萬到數(shù)百萬個構(gòu)件和數(shù)以千計的設(shè)備組成，其設(shè)計﹑分析﹑安裝模擬和運行過程仿真，都要涉及數(shù)個到數(shù)十專業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員。因此，基于Internet和Gridcomputing的異地﹑異構(gòu)系統(tǒng)下的計算分析，實現(xiàn)對大型工程／復(fù)雜產(chǎn)品的全面分析和運行仿真，將成為CAE的另一個重要發(fā)展方向。2022/12/16大型工程和復(fù)雜產(chǎn)品，例如發(fā)電廠﹑化工廠﹑飛機﹑輪船及機車1283.3軟件技術(shù)真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實，基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫。2022/12/163.3軟件技術(shù)真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實，2022/12/129真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實隨著DSP芯片的發(fā)展，計算機圖形處理能力近年有了上百倍的提高，再加上三維圖形算法、圖形運算和參數(shù)化建模的發(fā)展，快速真三維的虛擬現(xiàn)實技術(shù)已經(jīng)成熟。因此,CAE軟件的三維實體建模，復(fù)雜的靜態(tài)、動態(tài)物理場的虛擬現(xiàn)實技術(shù)將會有大發(fā)展。2022/12/16真三維圖形處理與虛擬現(xiàn)實隨著DSP芯片的發(fā)展，計算130基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)及工程數(shù)據(jù)庫高性能／價格比的大容量的存貯器及其高速存取技術(shù)在迅速發(fā)展，PC機的硬盤容量很快將由GB達到TB量級。用戶將要求把更多的計算模型、設(shè)計方案、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和知識性信息納入CAE軟件的數(shù)據(jù)庫中。2022/12/16基于Internet和Gridcomputing的面向?qū)ο?31

Internet和Gridcomputing環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，必須能夠管理多用戶并發(fā)存／