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CAE技术概述

时间:2018-02-13


CAE技术概述

CAE简介

CAE技术是什么??? CAE技术有什么用???

CAE简介

CAE是Computer Aided Engineering(计算 机辅助工程)首字母的缩写。也称为计算机 辅助数值分析技术。

CAE简介

CAE简介
有限 元法
无限 元法 边界 元法

CAE
有限 差分法 有限 体积法

有限元法
有限元方法的实质是将一个无限的连续体,理想 化为有限个单元的组合体,使复杂问题简化为适 合于数值解法的结构性问题。

选取尺度越小,计算所得数据越精确,计算量成 几何级数增大。

边界元法 【定义】将力学中的微分方程的定解问题化为边界 积分方程的定解问题,再通过边界的离散化与待定 函数的分片插值求解的数值方法 【特点】边界元法通过选择合适的权函数使其中体 积积分项为零,将问题转化成仅仅对边界进行线积 分,意味着将实际问题降低一维来处理;对网格划 分没有严格限制;对于稳态问题甚至无须处理内部 区域,只须对边界进行分割即可;但边界元法的公 式推导及运算过程都比较复杂,计算工作量也较大。 尤其对非稳态问题,内部区域仍须网格划分。

【应用】对于边界变量变化梯度较大的问题 ,如应 力集中问题 ,或边界变量出现奇异性的裂纹问题, 边界元法被公认为比有限元法更加精确高效。 由于边界元法所利用的微分算子基本解能自动满足 无限远处的条件,因而边界元法特别便于处理无限 域以及半无限域问题。

有限差分法
【定义】把基本方程和边界条件(一般为微分方程)近似地改用差分 方程表示,把求解微分方程的问题转换为求解代数方程的问题。

【特点】差分公式导出简单、计算成本低、但其稳定性要求决定了在 离散化时对距离步长与时间步长的选用受到一定制约。网格划分规整, 无需构建形函数,不存在单元分析和整体分析。一般要求对物体 作有规则网格划分,对于复杂或不规则
的几何形状的分析精度受到影响。

【应用】最早用于传热的计算方法,绝大部分流动 场和温度场数值模拟计算均采用此方法。在缩孔、 缩松预测,组织形态预测及流场模拟等方面都表现 出很大优势及良好前景。 经过30多年的发展,在铸造领域出现了许多商 品化软件,如德国MagmaSoft,日本的Solidia、 CASTAS,英国的Solstar,法国的Simulor,瑞典 的NovaCast,美国的FLOW-3D、AFSolid,芬兰的 CASTCAE,清华大学的FT-Star,华中科技大学的 InteCast。

有限体积法 【定义】有限体积法又称为控制体积法。其基本思路是:将 计算区域划分为一系列不重复的控制体积,并使每个网格点 周围有一个控制体积;将待解的微分方程对每一个控制体积 积分,便得出一组离散程。 【特点】有限体积法可视作有限单元法和有限差分法的中间 物。有限单元法必须假定值在网格点之间的变化规律(既插 值函数),并将其作为近似解。有限差分法只考虑网格点上 的数值而不考虑值在网格点之间如何变化。有限体积法只寻 求的结点值,这与有限差分法相类似;但有限体积法在寻求 控制体积的积分时,必须假定值在网格点之间的分布,这又 与有限单元法相类似。

无限元法
【定义】无限元方法是无限剖分的思想与有限元方法的结合, 它打破了“有限”的限制,因而比有限元方法更加灵活。 【特点】无限元是有限元方法中一种有限尺寸的无限单元, 可以有效的处理无限域与半无限域问题。

有限元法发展史
50年代,发展与萌生,单一功能程序,简单单元。

60年代,数学基础与证明,单一功能程序,多种单元。
70年代,单元库丰富,线性到非线性通用程序。 80年代,多种功能扩大,大型通用程序如ADINA等。 90年代,领域扩大,前处理器功能增强,大型商用软件 出现,如ANSYS、MARC等。

目前,与CAD软件结合成为CAE(计算机辅助工程)
软件。

国内有限元法的形成与发展
?1983年 梁教授开始研制FEPG ?1993年 FEPG面世 ?1994年 获中科院科技进步二等奖 ?1995年 获国家科技进步二等奖 ?1996年 在数学家杨乐的建议下开始商品化 ?1999年 成立飞箭软件公司 ?2005年…… 已推出FEPG5.2 单机、网络、并行系列版本,国 内用户近200家 软件发明人

梁国平教授

CAE软件的种类
通用有限元软件: 德国的ASKA 英国的PAFEC 法国的SYSTUS

美国的ADINA、ANSYS、ABAQUS、MARC等

CAE软件的种类
模具专用有限元软件: Moldflow (塑料模具) Dynaform (板材成型) Deform (体积成型)

CAE软件分析流程

1. 前处理 (有限元分析的主要步骤)
2. 模拟计算 3. 后处理

结束

CAE软件的前处理
1. 几何模型的建立或导入 2. 网格划分 3. 材料定义 4. 边界条件定义

5. 模拟参数的设定
返回

几何模型的建立与导入

1. 直接建立 2. 导入(IGES、STL等格式) 导入的几何模型可能存在缺陷,必要时 要进行修复

网格划分

1. 系统划分

2. 外部程序划分

材料定义
1. 用户自定义 包括:弹性,塑性,热物理性能数据等

2. 软件数据库

边界条件定义
1. 位移约束 2. 载荷条件

3. 指定温度
4. 热流 5. 界面热交换

模拟参数的定义
1. 总步数 2. 步长

3. 储存步长

后处理
1. 应力 2. 应变

3. 温度
4. 其他
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