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【励讲堂】漫谈CAE:“我是谁?我从哪里来?”

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大家好,我是小励,一个酷爱用技术说话的“严谨Girl”!

古希腊伟大的思想家、哲学家柏拉图曾提出过三个著名的问题:“我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?”

所以,今天小励就带大家“照猫画虎”,走进CAE技术发展的前世今生。

“我”是谁?


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计算机辅助工(Computer Aided Engineering,简称CAE)是一种新兴的信息技术,是重大工程和工业产品性能预估、响应模拟、可靠性评价和设计优化的重要支撑技术,同时也是科学家进行理论创新和工程师快速实现新型产品设计的必要工具。
随着市场竞争的日益激烈,如何有效地缩短新产品研发周期,同时大幅降低研发和试制成本,已成为众多企业亟待解决的重大问题。CAE技术因可快速精准地提高工程质量和改善产品性能,同时极大地降低其研制成本、缩短开发周期,受到越来越多企业的青睐。

   


“我”从哪里来?


CAE理论起源于20世纪40年代,数学家Courant首次采用分片连续函数定义最小势能解决了S. Venant扭转问题。此后,应用数学家、物理学家和工程师也开始涉足该领域。1960年之后,随着电子计算机技术的快速发展,CAE方法也随之迅速发展。

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上世纪70~80年代是CAE技术蓬勃发展的时期,在理论模型、高效算法和特色功能等方面得到了极大扩充。到80年代中期,逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。80年代末,国际上涌现出了NASTRAN、MARC、ANSYS、ABAQUS、DYNA3D、IDEAS、ASKA、MODULEF、SYSTUS等十多种知名的商用CAE产品,同时国内也有了JIFEX、HAJIF、APOLANS等CAE软件。

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上世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期,这一时期的CAE软件发展,不仅体现在软件的功能、性能的扩充;而且用户界面,前后处理能力,数据管理等部分也得到了升级。


   

“我”能做什么?


CAE的仿真步骤可简单归纳为:首先建立几何模型,并简化非关键的模型细节。在此基础之上,结合产品应用工况,采用CAE软件分析产品在工作环境中的受力变形、固有频率、振动响应及运动规律等信息,进而结合参数、拓扑等优化技术进行方案优选。基于CAE仿真结果,我们可获得更精细的设计方案,同时兼顾更多的实际影响因素。

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(LiToSim V1.0 扳手受力分析)


CAE技术的应用范围很广,发展也相当快,在这里,小励向大家介绍两类典型的CAE仿真应用:

(1)利用CAE系统可对运动的机构进行动态分析,并获得机构运动的动画,以便检查机构的运动轨迹,校核运动件的干涉情况,同时可计算出各构件的运动速度、加速度和受力等信息。

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(CATIA 运动仿真)

(2)CAE系统还可以对金属切削加工、铸造、焊接、成型、试验、装配和物料流动等各种工艺过程进行仿真,除了对产品加工质量进行预测之外,还可以深入研究这些工艺过程的机理和规律。


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除此之外,CAE技术还在机械、航空航天、交通、电子和能源等领域中发挥着重要的作用。

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科普小贴士:


21世纪是信息技术和网络技术高速发展的时代,随着计算机技术向更高速和更小型化的发展和分析软件的不断开发和完善,CAE技术的充分应用能够有效地改变传统的设计思想和方法,提高设计能力和技术创新能力,而CAE技术的合理应用也必将成为衡量一个国家科学技术水平和工业现代化程度的重要标志,因此,大力推进CAE技术的科学研究和工业化应用势在必行。

科普其他软件
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首次发布时间:2022-07-09
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