不要问我从哪里来 这也是漫谈系列的第二篇文章,我们再来聊聊CAE。 哲学家们提过三个著名的问题:“我是谁?我从哪里来?我要到哪里去?”颇有调(bi)性(ge)。肤浅的理解,源头和历史对当下和未来的我们有着不可估量的影响,所以我们也看看CAE技术发展的前世今生,为我们了解、学习和进入这个领域提供更多的支撑,就当是一篇非正式的论文综述吧。 CAE技术包含比较广泛的学科内容,而且随着技术的不断发展所涉及的行业领域也越来越多,但是基本上都没有逃出基于计算机技术实现离散功能和数值计算这样的大框架,所以最初的CAE技术形成也是原自于此。 早期的技术诞生背景我们也或多或少的有所了解,源自于航空航天这块,最提出离散和网格单元的求解方法(有限元)是来自于数学界的Courant R在1943年发表的一篇论文,题目叫《Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibration》,提出三角单元的近似求解法;之后1956年波音公司以及几位专家共同发表了一篇文章,叫做《Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures》,这个被称为工程界有限元法的开端。直到1960年,Ray W. Clough教授在美国土木工程学会(ASCE)之计算机会议上,发表另一篇名为《The Finite Element in Plane Stress Analysis》的论文,将应用范围扩展到飞机以外之土木工程上,同时有限元法(Finite Element Method)的名称也第一次被正式提出。 与此同时,在1965年左右开始,针对计算流体力学方面的研究在逐渐兴起形成一门独立的学科,并逐步发展形成今天大家熟悉的CFD发展技术。 早期对于CAE技术主要集中在基础理论、模型以及数值算法方面的探索。后面随着研究的成熟,同时计算机技术和编程语言的推动,逐渐涌现出众多的集成化软件产品。这里面大家肯定熟悉之前网上看到的各大CAE软件的发展史。参看:一张图看懂CAE软件家谱 而真正助推CAE技术发展的正是这些商业软件的推广和使用,讲到这里不得不很感慨国产CAE软件在这个竞争和大鱼吃小鱼的环境中被逐渐压缩而淘汰,扼杀于摇篮。单纯从技术层面来讲并无任何坏处,但是如果上升至商业以及国家利益,不能不说存在很大的不稳定风险,可以说是很可怕的局面。根据可查的信息,有张图片(图1)能够很好地概括目前主流软件的分布,可以说国产化任重而道远。 1 主流CAE软件分布 在完成上一轮的飞速发展之后,目前工业领域正在积极和互联网以及信息技术结合,所以CAE技术的发展也随之呈现另一种更加便捷化、普及化的状态。在高性能计算、云计算的推动下,很多大厂以及创业公司都在往仿真这个领域投入技术和资金,希望在新的技术背景和应用环境下,走出新的技术和业务模式,我们当然非常期待。 除此以外,像之前文章提到的离散元、有限体积法、边界元等一系列的CAE理论技术发展,更加丰富这个领域的研究,随着商业化和软件集成化,在工程界的应用也更加频繁和成熟。 最后,在如今开源文化的推动下,涌现了CAE领域的一些开源软件,借助于这些软件平台和源代码,同时结合学术界的成熟的或者新的算法形成自己的专用使用场景,很大地推动CAE领域的技术发展和应用,像大家可能听过的OpenForm、Calculix、Code_Aster、SU2等开源程序。 未来会怎样呢,未来成熟的领域适用于自身的定制化、自动化的CAE仿真会逐渐增多,更加简易高效的仿真手段和技术也在逐渐展现;而剩下的部分,属于更加基础的理论模型研究,也是各自的难点吧。 但是说到底,所有一切的基础还是数学能力和计算机编程能力,对我们来讲,使用软件并不难,难的是基础和底层。把握核心内容,应对万变场景。