中国cae发展前景（通用3篇）
中国cae发展前景 篇1
1 CAE软件与CAD软件接口问题
在模型制作方面，CAD软件的功能远远强于CAE软件，因此，CAD软件与CAE软件之间的接口问题就显得比较重要.模型传递主要有2种方法：一种是通过专用数据接口进行传递，另一种是通过标准图形格式进行传递.目前，流行的图形标准格式有IGES，SAT，STEP和ParaSolid.其中，IGES格式标准不很严格，大部分软件都有该接口，但只能传递面元素，不能传递体，遇到复杂模型容易出错；其他几种格式相对成熟，应用广泛.如ANSYS Workbench和SolidWorks，NX等设计有专业数据接口，命令为：
SolidWorks→ANSYS 13→Workbench
通过标准格式读入命令为：
File→Import→Geometry File
2 ANSYS可靠性计算方法
工程结构要求具有一定的可靠性.可靠性指设为定量的值实际上具有不确定性，它们应该被认为是具有某种分布特性的随机变量.结构可靠性分析的任务就是考虑各类不确定性因素对结构分析的影响.以静力学分析为例，可以将弹性模量、载荷和结构尺寸等设为参数变量，需要在结果中设置一个或几个输出变量.
使用模块为Six Sigma Analysis进行可靠性计算时用命令Design of Experiments（SSA）→P1 Pressure Magnitude→Distribution Type，选择参数变量的分布类型，如线性分布、正态分布等.使用命令Design of Experiments（SSA）→Design of Experiments Type，选择实验设计类型，然后利用蒙特卡罗法、响应面法等进行数据分析.
3 动力学软件与有限元软件柔体功能的区别
在动力学软件中，首先利用有限元技术，计算出构件的自然频率和对应的模态振型，然后通过各个模态振型的线性叠加计算得出构件的位移；在有限元软件中，则严格按照物理方程、几何方程和平衡方程等进行数值计算得到.二者的计算过程有本质的区别.
4 对于平面应力问题，用2D单元分析比用3D单元准确
对于平面应力问题，采用3D单元进行网格划分时厚度方向太薄，会造成3D单元畸变，质量较低；而采用2D单元进行网格划分，则可以保证较高的单元精度.因此，使用2D单元分析平面应力问题比使用3D单元精度要高.
5 在ANSYS Workbench中对壳单元做接触分析时厚度的考虑
在ANSYS Workbench中，用壳单元做接触对时默认为中面接触，但在实际中却是壳体的顶面或底面接触.在ANSYS Workbench中可以使用以下2种方法实现顶面或底面的接触：
（1）使用中面偏移.命令为Connections→Contacts→Offset，输入半个板厚数值.
（2）使用宏命令Connections→Contacts→Commands，输入“keyopt，cid，11，1”.
在等厚度时，上述2种方法都可以使用，但在变厚度时，只能使用方法（2）.
6 变厚度壳在ANSYS Workbench中的设置
对于变厚度壳的厚度值，可以通过以下方法实现：
（1）对于厚度有规律的，可以使用厚度函数实现，如Thickness=0.1x2+0.2.
（2）对于厚度无规律的，可以使用External Date参数化实现.在壳上取很多点的厚度和坐标信息，编写好Excel后改成cvs格式，读入到软件中，命令为External Date→Setup→Date Source；读入编辑好的cvs文件，然后设置好单位；最后将External Date与计算模型中的Setup连接起来.利用该方法可以实现厚度、压力、温度和传热系数等多个物理量的参数化.
7 在ANSYS Workbench中生死单元的运用
在ANSYS Workbench中，可以利用生死单元进行一些特殊的计算.首先提取并命名需要激活或者杀死的单元，命令为Model→Named Selections，选择单元区域.使用命令Model→Static Structural→Commands，激活或者杀死已经选择的单元.根据具体需要插入语句，如杀死b1区域的单元，语句为：
NROPT，FULL
ekill，b1
esel，s，live
nsle，s
nsel，inve
d，all，all，0
allsel
激活b1区域的单元，语句为：
NROPT，FULL
EALIVE，b1
cmsel，s，b1
nsle，s
DDELE，all，all
allsel
8 在ANSYS Workbench中，复杂模型网格的划分技巧
对复杂模型划分二次四面体网格时，由于模型复杂，特别是当应力集中区域过多而使需要网格细化的区域很多时，网格往往划不出来、划得不理想或者有的网格控制命令实现不了.可以将模型分割成若干部分，按照先难后易的顺序逐个划分：先选择控制命令较多的部分划分网格，再选择控制命令较少的部分划分网格，以此类推.命令如下：选择需要划分部分（右键）→Generate Mesh on Selected Bodies.
对于局部网格细化，可以采用以下几种方法：
（1）应力集中区域直接设定划分尺寸，缺点是网格数量比较多.
（2）使用命令Model→Insert→Mapped Face Meshing，选择需要细划的面；使用命令Model→Insert→Sizing，选择需要细划的边.该方法划分网格质量较高、网格数量相对较少.
（3）使用命令Model→Insert→Sizing→Type→Sphere of Influence→Sphere Center，然后选择局部坐标、球半径以及控制尺寸等.该方法限制网格划分的范围，可以控制网格数量.
9 在ANSYS Workbench中模拟摩擦生热
模拟摩擦生热，实际是热结构瞬态耦合问题，对于耦合问题需要使用耦合单元，在此选用SOLID 226单元为例，命令为Model→Geometry→Solid→Commands，输入“ET，1，SOLID 226，11”.因为接触单元默认情况下没有温度自由度，所以需要修改，使接触单元具有温度自由度；另外，目标单元默认情况下为低阶单元，而SOLID 226却是高阶单元，所以也需要将目标单元修改成高阶单元；命令为Model→Connections→Contacts→Commands，并输入以下语句：
keyopt，cid，1，1
keyopt，cid，1，1
中国cae发展前景 篇2
改革开放, 打开国门, 让我们看到了我国与工业发达国家的差距, 同时, 也激发我们追赶世界先进水平的决心和勇气。从引进、消化、吸收, 到改进、创新, 我国的科技工作者经过30年的共同努力, 正在逐步缩小与世界的差距, 我国自主品牌的产品越来越多, 许多产品已走出国门, 走向世界, 有些行业的技术已经处于世界前沿。在当今经济全球化的环境下, 21世纪的我国正逐步从制造大国向制造强国演变。
同样, 伴随着改革开放30年, 我国的CAE研究也走过了30年的历程。从上世纪70年代末引进国外线性结构静、动力分析程序S A P 5和非线性结构分析程序A D I N A, 开启了我国C A E研究普及推广的时代, 在引进消化国外软件基础上, 通过“六五”、“七五”到“九五”、“十五”科技部、原机械工业部等国家部委的支持, 完成了有限元软件开发、结构强度分析等方面一系列项目的研究, 取得了可喜的成绩, 并在全国范围内举办学习班推广, 在全国掀起了应用通用有限元程序来分析计算工程问题的高潮。同时, 大家也都开始认识到有限元分析工具的确是用来解决工程实际问题的重要手段。如今, 国家提倡产品创新, 企业需要有自主创新的产品和核心技术, 才有竞争力。而产品的创新设计, 离不开CAE技术, 国内许多企业也意识到C A E技术的重要性, C A E技术的用途也越来越广, C A E产业前景良好。
然而, 令人遗憾的是, 目前我国市场上高端的C A E商品化软件几乎被国外公司占领或垄断, 而国内CAE产业的发展步履维艰。面对国外软件对国内市场的大举进攻, 我国CAE科技工作者应积极行动起来, 本着对发展国产C A E产业负责的精神, 探索一条有效途径, 提高我国CAE软件的功能及软件商品化程度, 使具有我国自主知识产权的C A E软件在国内乃至国际占有一席之地。
2 国内CAE软件的开发状况
有限元理论从上世纪六十年代已经成熟, 之后开始有限元软件的开发。早期的有限元软件基于当时计算机条件的限制, 其软件主要在分析功能上研发。随着图形工作站和基于图形的操作系统计算机的出现, 有限元分析软件在友好的人机界面、自动化的前处理、计算结果可视化等方面有了很大进展。高校、研究所的许多科研人员在网格剖分、图形可视化方面做了大量的工作, 取得了一定的成绩, 在一些特定功能方面有自己的特色, 但在软件整体功能与性能上与国外软件相比还有一定的差距。
我国从1979年引进大型结构线弹性系统静、动力分析程序SAP5, 通过立项, 进行软件消化、移植与推广, 该项目获国家科技进步二等奖;83年引进非线性结构分析程序A D I N A/A D I N A T, 进行装机、消化及应用, 该项目获机械工业部科技进步二等奖。在引进消化国外通用有限元软件的基础上, 提升我国C A E技术应用水平, 同时也提高我国自主研发CAE软件的能力, 为我国CAE产业的发展奠定基础。
在引进消化的基础上, 我国科技工作者自主开发了许多有特色专用有限元软件, 如大型复杂结构线弹性系统静动力分析程序及机械结构分析程序系统研制、二维三维弹塑性大变形接触问题程序研制、弹塑性断裂力学方法及其程序研制、三维弹塑性问题边界元法及其与有限元法耦合技术研究、二维三维电磁场分析程序系统、机械结构非线性分析通用程序系统、三维结构优化设计通用与专用程序研制、核电站机械设备抗震分析软件系统研制、机械CAE系统产业化开发、工程结构静动力特性优化设计通用程序及其与三维C A D系统集成的研究等。
通过一系列CAE软件开发, 国内也初步形成几家具有一定规模的商品化C A E软件, 如:中科院的飞箭软件、大连理工大学的J I F E X、郑州机械研究所的紫瑞CAE、北京大学SAP84等, 但从整体来看, 国内C A E软件在全国市场的占有率还是偏少。
3 我国CAE产业存在的问题
3.1 重科研, 轻成果转化
我国目前的科研体制是鼓励创新, 对科研成果转化成生产力不够重视, 尽管每年通过国家科技部、教育部、各省科技厅、教育厅、863、973、军工等各口审批的课题不少, 鉴定的项目也很多, 每年也评出很多科技奖项, 但真正将科技成果应用到实际中的却少之又少, 许多科研工作者一生就是申请项目——研究——鉴定——报奖——再申请项目——研究——鉴定——报奖, 周而复始, 尽管其一生科研成果不少, 获奖证书也很多, 但真正对社会起作用的成果却有限, 项目报奖完就结束了。每年发表的科研文章都很多, 但有价值的论文不多见, 真正能形成拳头的产品少之又少, 造成这一现象的主要原因与目前的科研体制有关, 如教师、科研工作者要评职称, 评职称要求有文章、成果等硬指标, 造成科技工作者侧重追求论文的数量和成果的奖项;申报项目需要有创新点, 有关键技术, 而将科研成果转化成商品化需要一个较长的周期, 需要一支稳定的队伍, 需要有大量的经费支持, 即所谓打市场, 这部分工作申请项目较困难, 但又是将科研成果转化成生产力很重要的环节。如何改变目前这种状况, 也是我们需要探讨的。
3.2 人员分散, 各自为政
虽然目前我国从事C A E科技工作者数量也不少, 分别分布在科研部门、高校和企业, 存在着人员分散、各自为政等问题, 大家都在作一些低水平的重复的劳动, 严重制约我国CAE产业的发展。许多单位的C A E软件研究都是开发一些专用小模块, 供本单位自己使用, 形成商品化的软件屈指可数。有些单位人才断档, 老一辈科研人员退休后, 这个专业就消失了。
3.3 投入高、风险大
软件行业是一个高投入的产业, 需要有一个稳定的队伍进行长年坚持不懈的努力、研究、开发, 才有可能形成产业规模, 说白了就是人与钱。开发商品化软件与研究课题有很大差别, 做项目在完成研究任务后举一两个实例验证其可行性即可通过鉴定验收, 而开发商品化软件, 在技术上要求千锤百炼, 满足用户的各种要求, 在功能上需要不断完善, 版本不断更新, 才有生命力, 在市场上需要广告投入、媒体宣传、市场策划、培育用户等等一系列的操作, 是一个费人、费时又费钱的行业。目前国内的研究机构主要有高校和研究所, 高校的老师有教学任务, 研究生流动性大;研究所属于企业, 需要自负盈亏, 其性质决定不可能大投入做基础研究。资金投入不足, 严重影响到CAE人才队伍的稳定和CAE行业的发展。另外, 软件行业还存在一个非常大的开发风险, 那就是知识版权问题, 一旦被盗版, 后果难以想象。
4 建议
我国在“十五”、“十一五”期间大力推进制造业信息化和发展装备制造业, 使得国内企业越来越意识到CAE的重要性, 国外几大软件厂商, 如ANSYS、NASTRAN、ADINA、ABQUS、COSMOS、MARC、ASKA等都看好国内市场, 纷纷在国内设立办事机构和分公司, 抢占国内市场。
通过几十年我国科技工作者的共同努力, 我国在CAE研究上许多单位都有一些成熟的技术, 但较分散, 商品化成果少, 市场占有率少, 面对目前严峻的形势, 希望能够通过国家重点支持, 扶植国产CAE产业的发展, 利用各方面优势, 整合现有资源, 强强联合, 形成几个国家级拳头产品, 把我国的C A E产业做大做强。
5 结束语
改革开放, 使我国的CAE研究从无到有, 并得到长足发展。面对21世纪经济全球化, 中国制造业面临更加白热化的市场竞争, 企业需要有更好的、更实用的CAE技术来提高自身产品的核心竞争力。祝愿通过我国科技工作者的共同努力, 我国的CAE事业能更上一个新台阶。同时, 我也坚信我国C A E产业的明天会更美好。
摘要：伴随着改革开放30年, 我国的CAE研究也走过了30年的历程。从上世纪70年代末引进国外线性结构静、动力分析程序SAP5和非线性结构分析程序ADINA, 开启了我国CAE研究普及推广的时代, 在引进消化国外软件基础上, 完成了包括有限元软件开发、结构强度分析方面一系列项目的研究, 取得了可喜的成绩。尽管成果颇丰, 但形成商品化的成果却屈指可数。面对国外软件对国内市场的大举进攻, 我国CAE科技工作者应积极行动起来, 本着对发展国产CAE产业负责的精神, 探索一条有效途径, 提高我国CAE软件的功能及软件商品化程度, 使具有我国自主知识产权的CAE软件在国内乃至国际占有一席之地。
关键词：CAE软件,有限元,自主知识产权,制造业信息化
注释
1[1]王启.常用机械零部件可靠性设计[M].北京:机械工业出版社.1996:35-37
2[2]王登刚, 李杰.计算不确定结构系统静态响应的一种可靠法[J].计算力学学报.2003, 20 (6) :662-669.
3[3]王兆清.多变形有限元研究进展[J].力学进展.2006, 36 (3) :344-353.
CAE在中国及“力学机械化” 篇3
CAE的中文名字叫计算机辅助工程，广义的内涵包括一切因计算机技术而给各种工程带来的技术支持.近年来，由于以力学为核心求解器的结构工程、产品设计等虚拟分析技术的通用化以及商业软件化，在世界范围内，CAE的发展更趋向于以力学分析为核心求解器，以CAD技术为图形或三维模型创建平台，对各种工程设计、施工、产品设计、加工制造甚至于虚拟仿真试验在虚拟空间内实现整个流程以及功能的技术.
CAE发展初期，完全以力学和数学中的有限元理论为基础，但是，深奥的力学和数学公式阻碍着它的应用范围和使用水平.20世纪80年代，由于计算机软硬件水平的大幅度提高，CAE软件的通用化被提上议事日程.20世纪90年代后，视窗软件将复杂的CAE技术带进寻常百姓家.
1992年，美国ANSYS公司进驻中国，随后，MSC.SOFTWARE，ABAQUS等大型商业通用有限元分析软件公司纷纷进军中国市场，CAE 中国市场的销售额从十几年前不足千万元发展到目前的几十亿元，CAE在中国逐渐从一个附属技术发展壮大成今天相对独立的行业.由于力学和数学学科的基础性和广泛应用性，CAE目前已经渗透到各个行业，如航空航天、土木工程、桥梁道路、机械制造、汽车、新材料、化工、环境工程等，预计未来5～10年，中国CAE界需要的中高级分析工程师在100万左右，CAE的发展极大推动了我国高新技术人才的培养.
CAE软件的通用化也给力学学科人才培养带来革命性变化，10年前需要几个博士研究生花费几个培养周期解决的问题，今天只需要一个力学学科本科生几天的时间.更为重要的转变是，其他学科的工程师不再需要啃通艰涩的力学原理后再来解决问题，只需要懂得力学的基本概念，就可以轻松驾驭目前流行的几个分析软件而成为CAE高手，所以各个大学关于力学学科的教育理念和课程设置也在发生革命性改变，各种CAE中心在大学、研究所纷纷成立，这些都意味着“力学机械化”的时代已经悄然降临.
“力学机械化”的巨大优势在于大大缩短人才培养周期，降低培养成本和CAE人才的准入门槛.几年前CAE就业者至少是与力学学科密切相关专业毕业的硕士，而今天本科生可以成为CAE战场的主力军，是否是力学专业已不再重要.
CAE的迅猛发展也推动着我国学术研究的发展速度，据统计，与10年前相比，工科研究生已经有20%多的人使用CAE分析平台帮助自己解决科学或者工程问题，而力学等学科已经达到80%以上.
然而，与美国、日本、欧洲的一些国家相比，我国CAE技术在工程界的应用水平很低，甚至在很多行业还处在扫盲阶段，所以，在以后的专栏文章中将重点介绍各种大型CAE软件在中国的应用发展情况，以及同类软件的水平高低和应用范围，供初学者在选择学习和使用软件时参考.