计算机辅助工程(CAE)的现状和未来初步.PPTVIP

计算机辅助工程（ＣＡＥ）的现状和未来 崔　俊　芝 中国工程院　院　士 本报告受到国家自然科学基金重点项目 和国家重点基础研究专项经费资助 摘 要 　 计算机辅助工程（CAE）是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。本报告将扼要叙述CAE技术及其软件的现状，并展望最近十年的发展趋势。 一．概 述　　 　　计算机辅助工程（CAE)，从字面上讲它包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品的功能、性能与安全可靠性进行计算、优化设计，对未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，及早发现设计缺陨，改进和优化设计方案，证实未来工程/产品的可用性与可靠性。 工程师进行创新设计的重要手段和工具 工程和制造企业的生命力在于工程/产品的创新，而对于工程师来说，实现创新的关键，除了设计思想和概念之外，最主要的技术手段，就是采用先进可靠的CAE软件. 科学家进行创新研究的重要手段 科学计算是现代科学家进行科学和技术研究的三大手段之一。它可以帮助科学家揭示用物质实验手段尚不能表现的科学奥秘和科学规律。 同时，它也是工程科学家的研究成果--理论、方法和科学数据--的归属之一，做成软件和数据库，成为推动工程和社会进步的必威体育精装版生产力。 　　CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合，而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。 CAE软件分类 针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用CAE软件。 可以对多种类型的工程/产品的工程行为进行计算分析，模拟仿真，性能预测、评价与优化的软件，称为通用CAE软件。 通用CAE软件主要由有限元软件、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其它专业性的计算软件组成。 CAE技术已经成熟，CAE软件的可用性、可靠性和计算效率问题已经基本解决。 CAE与CAD / CAM／CAPP／PDM / ERP软件一起，已经成为企业家和工程师们实现工程/产品创新的得力助手和有效工具。同时，也已成为专家、教授进行研究重要手段。 CAE与CAD／CAM／CAPP／PDM／ERP一起，已经成为支持工程行业和制造企业信息化的重要技术，它们已经在提高工程/产品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期方面发挥了重要作用，成为实现工程/产品创新的支撑技术。 发展趋势 扩充CAE功能，实现多结构耦合分析，实现多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构、构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真。 基于Internet/Intranet = Grid Computing 的、CAD／CAE／CAM / CAPP／PDM / ERP的集成化、网络化、智能化。 二．现 状 计算机辅助工程计算起源于五十年代中期。 实用的CAE软件诞生于七十年代初期。 从七零年到八五年的十五年，是CAE软件的功能和算法的扩充和完善期，到八十年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件。 到八十年代后期国际上知名的CAE软件有NASTRAN, ANSYS, ABAQUS, DYN－3D, MARC, ASKA, DYNA, MODULEF、FASTRAN 等。 国内的CAE软件主要是JIFEX, FEM, FEPS, …等。 　　它们都是采用结构化软件设计方法、用FORTRAN语言和数据文件管理技术，开发的结构化软件。 　　近十五年CAE的发展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重要的是扩充了用户界面，前、后处理能力；对数据管理和图形部份，进行了重大的改造。新增的软件成分大都采用了面向对象的软件技术和C++语言。 　近十五年CAE软件发展很快，目前市场上的CAE软件，在功能、性能、可用性﹑可靠性方面，基本上满足了用户的需求，它们可以运行在超级并行机，大、中、小、微等各类计算机系统上。 通用CAE的算法与软件模块 前处理 三维实体建模与参数化建模， 构件的布尔运算， 有限元自动剖分与节点自动编号， 节点参数自动生成， 荷载与材料数据输入与公式化导入， 节点荷载自动生成， 有限元模型信息自动生成, ...。 有限元分析 有限单元库， 材料库及相关算法库， 约束处理算法， 静力、动力、振动、线性与非线性解法库及相应的有限元系统组装模块库， 单元内物理场计算等, ...。 有限元分析子系统 根据工程