CAE技术：解析功能与虚拟样机优势

本文主要介绍了CAE（Computer-Aided Engineering）的作用及其基本结构与功能，强调了CAE在工程和产品设计中的重要性，以及它如何通过减少物理样机验证，优化设计，节省时间和资源来提升设计效率和产品质量。 CAE在现代工程设计中扮演着至关重要的角色，它的主要作用包括： 1. 增加设计功能：借助计算机进行分析计算，确保产品设计的合理性，从而降低设计成本。 2. 缩短设计周期：通过快速分析，CAE能够加速设计迭代过程。 3. 虚拟样机：CAE的分析功能可以替代物理样机验证，预测产品在整个生命周期的可靠性，大幅减少了资源消耗。 4. 优化设计：利用CAE进行设计优化，找到最佳设计方案，降低材料消耗和成本。 5. 预先发现问题：在制造或施工前，通过模拟分析发现潜在问题，避免实际操作中的风险。 6. 减少试验时间和经费：通过模拟试验方案，可以节省大量的试验资源。 7. 事故分析：通过CAE分析，有助于找出机械事故的原因，提高安全性和预防措施。 CAE分析通常涉及以下三个关键步骤： 1. 前处理：这一步包括建立工程或产品的几何模型，进行有限元网格划分，定义边界条件和材料属性等。这个阶段还包括参数化建模，节点编号，载荷和材料参数输入等功能。 2. 有限元分析：在此阶段，软件将对模型进行求解，包括单元特性分析、系统组装、求解和结果生成。CAE软件通常包含各种解法库，用于处理不同类型的分析，如静力、动力、振动、线性与非线性问题。 3. 后处理：后处理模块负责对分析结果进行处理和可视化，帮助用户判断计算结果是否符合设计要求，包括数据平滑、工程检验、优化设计和模型修改。 CAE软件结构主要包括前处理模块、有限元分析模块、后处理模块、用户界面、数据管理和专家系统等。其中，单元库和材料库的丰富性直接影响到软件的分析能力和适用范围，而解法库的效率和准确性则决定了计算的速度和精度。 前后处理模块的发展是CAE软件的重要趋势，它们通过与CAD、CAM、CAPP、PDM等软件的集成，提高了用户的工作效率和软件的定制化程度。CAE不仅限于有限元分析，也包括机构的运动学和动力学分析，能够处理力学、热学、电磁学等多种场问题，以及结构优化和运动模拟等复杂工程问题。