曾經(jīng)需要數(shù)月時(shí)間和大量資源才能完成的工程設(shè)計(jì)任務(wù)，如今在CAE技術(shù)的輔助下，不過是幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟。CAE的出現(xiàn)不僅加速了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化的進(jìn)程，更為工程師們提供了更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。CAE技術(shù)作為工程設(shè)計(jì)的得力助手，已經(jīng)成為各行業(yè)必不可少的利器。其在仿真分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化和問題預(yù)測(cè)方面的強(qiáng)大功能，為企業(yè)節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。

一、什么是CAE？

CAE（Computer Aided Engineering），即計(jì)算機(jī)輔助工程，是一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)軟件。它以三維實(shí)體建模為基礎(chǔ)，通過模擬產(chǎn)品在各種工作狀態(tài)下的表現(xiàn)，如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)、剛度、運(yùn)動(dòng)學(xué)等，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。CAE的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，從汽車、航空航天到電子裝備、國(guó)防軍工等行業(yè)都有著重要的地位。

二、CAE技術(shù)的起源與發(fā)展

CAE技術(shù)的發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步。它起源于力學(xué)和航空航天領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，得以不斷完善。早在20世紀(jì)初，庫朗等數(shù)學(xué)家提出了偏微分方程的數(shù)值解法，為有限元法的雛形奠定了基礎(chǔ)。隨后，有限元法被引入工程實(shí)踐，并迅速發(fā)展壯大，成為現(xiàn)代CAE技術(shù)的核心。

各種有限元軟件如Nastran、Ansys、ABAQUS等相繼問世，為工程設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的工具支持。不僅如此，針對(duì)不同物理過程和控制方程的特點(diǎn)，還出現(xiàn)了諸如有限體積法、格子玻爾茲曼法、邊界元法等多樣化的數(shù)值算法，使得CAE技術(shù)得以在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用。

三、CAE的作用

· 增加設(shè)計(jì)功能與減少成本： 通過分析計(jì)算，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理性，降低設(shè)計(jì)成本。

· 縮短設(shè)計(jì)循環(huán)周期： CAE技術(shù)能夠快速進(jìn)行仿真分析，加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程。

· 替代物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)： 虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性，避免傳統(tǒng)實(shí)物樣機(jī)驗(yàn)證帶來的資源消耗。

· 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)： 通過找出最佳設(shè)計(jì)方案，降低材料消耗和成本。

· 預(yù)先發(fā)現(xiàn)問題： 在產(chǎn)品制造前，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)潛在問題，提前解決，避免后期成本增加。

· 減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)： 模擬各種試驗(yàn)方案，降低實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間。

· 機(jī)械事故分析： 通過CAE技術(shù)進(jìn)行事故分析，找出事故原因，提高產(chǎn)品安全性。

四、CAE在各工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

CAE技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造提供了強(qiáng)大支持。從汽車行業(yè)到船舶建造，從航空航天到能源電力，CAE技術(shù)無處不在。它不僅可以用于分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、疲勞、振動(dòng)等問題，還可以用于流體力學(xué)仿真、電磁場(chǎng)分析等各種工程應(yīng)用。通過CAE技術(shù)，工程師可以在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行修正，提高產(chǎn)品的性能和可靠性。

五、CAE發(fā)展趨勢(shì)

· 融入制造業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)： CAE技術(shù)將進(jìn)一步融入制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，成為提升創(chuàng)新創(chuàng)造能力的重要手段。

· 正向設(shè)計(jì)的重要性： 正向設(shè)計(jì)將成為工業(yè)自主創(chuàng)新的必經(jīng)之路，CAE技術(shù)在其中將發(fā)揮關(guān)鍵作用。

· 構(gòu)建數(shù)字孿生體： 基于CAE技術(shù)的數(shù)字孿生將成為工業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化仿真。

· 知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)： CAE軟件正版化將成為趨勢(shì)，促進(jìn)軟件行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

六、熱門的CAE軟件

1、Dassault System CATIA

CATIA簡(jiǎn)介

CATIA是Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM軟件，源于1981年，是航空航天領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。其V4/V5版本覆蓋UNIX和Windows平臺(tái)，廣泛應(yīng)用于航空、汽車、造船、機(jī)械、電子、消費(fèi)品行業(yè)。雇員數(shù)量從20人增長(zhǎng)到2000多人，銷售利潤(rùn)增長(zhǎng)迅速，被全球13000多用戶選擇。



CATIA的應(yīng)用領(lǐng)域

1.航空航天：CATIA在航空航天工業(yè)中應(yīng)用廣泛，為各種項(xiàng)目提供精確安全的設(shè)計(jì)和虛擬原型開發(fā)，包括波音777、陣風(fēng)戰(zhàn)斗機(jī)等。



2.汽車工業(yè)：作為汽車工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，CATIA在車輛設(shè)計(jì)、造型風(fēng)格、車身和引擎設(shè)計(jì)等方面發(fā)揮著重要作用，被世界頂尖汽車制造商所采用。



3.造船工業(yè)：CATIA為造船工業(yè)提供優(yōu)秀的解決方案，包括船體設(shè)計(jì)、船載設(shè)備和機(jī)械解決方案，被諸如General Dynamics和Meyer Werft等船舶制造企業(yè)廣泛采用。

4.廠房設(shè)計(jì)：CATIA與IBM合作開發(fā)了新一代解決方案，包括管道、裝備、結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化文檔，為造船業(yè)、發(fā)電廠、加工廠等提供全面支持。

5.加工和裝配：CATIA在機(jī)床工業(yè)中應(yīng)用廣泛，支持產(chǎn)品的精確制造和裝配，被大型制造商如Staubli和Gidding &Lewis所采用。

6.消費(fèi)品：全球各種規(guī)模的消費(fèi)品公司信賴CATIA，用于設(shè)計(jì)和制造餐具、計(jì)算機(jī)、廚房設(shè)備等產(chǎn)品，其渲染工具和建模工具賦予產(chǎn)品新穎風(fēng)格。

2、ABAQUS有限元分析軟件

ABAQUS簡(jiǎn)介

ABAQUS是一款功能強(qiáng)大的有限元軟件，涵蓋線性至非線性分析范圍。其單元庫可模擬任意幾何形狀，材料模型庫包含各種工程材料，如金屬、橡膠、復(fù)合材料等。ABAQUS擁有兩個(gè)主求解器模塊— ABAQUS/Standard 和 ABAQUS/Explicit，以及圖形用戶界面模塊— ABAQUS/CAE。ABAQUS被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)、熱傳導(dǎo)、聲學(xué)、巖土力學(xué)等領(lǐng)域。其強(qiáng)大的模擬能力和可靠性使其在工業(yè)和研究中得到廣泛應(yīng)用。



ABAQUS的應(yīng)用

1.沖壓成型應(yīng)用：ABAQUS用于汽車車門設(shè)計(jì)的數(shù)字仿真，顯著節(jié)約成本和時(shí)間。

2.加工成形過程中的模擬：ABAQUS采用顯式動(dòng)力學(xué)方法處理成形過程，可得到滿意結(jié)果。

3.實(shí)際應(yīng)用：普通油箱、鈦合金板材、蒙拉成形、橡皮囊成形、鈑金成形、彎管成形、圓錐管成形等加工成型過程的模擬，均在ABAQUS平臺(tái)下完成，結(jié)果表明其能夠處理非線性力學(xué)問題并獲得滿意結(jié)果。

4.應(yīng)用領(lǐng)域：建筑、勘查、地質(zhì)、水利、交通、電力、測(cè)繪、國(guó)土、環(huán)境、林業(yè)等。


一分鐘了解ABAQUS有限元分析軟件

在CAE技術(shù)的引領(lǐng)下，工程設(shè)計(jì)不再局限于傳統(tǒng)的模式，而是呈現(xiàn)出更加多樣化和創(chuàng)新化的發(fā)展趨勢(shì)。如果您有CATIA或者ABAQUS等CAE軟件采購需求，歡迎與我們聯(lián)系。