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CAE是干什么的?原来应用这么广泛!

有限元: 2023-10-31 13:53:12 阅读数: 600 分享到:

IDC报告显示,2022年中国计算机辅助工程(CAE)总市场份额达到37.6亿元人民币,年增长率为17.1%,保持稳定的增速。

 

其中Ansys、西门子和达索系统在2022年中国CAE软件市场排名前三,市场占比也有所下降。国产厂商市场份额有所提升,国产替代空间进一步得到扩大。

 

CAE市场在不断增长,被誉为工业软件“皇冠上的明珠”,主要是因为CAE软件它是一种综合性、知识密集型软件工具产品,融合了物理学、数学、工程学、计算机科学等多学科算法和技术,具有涉及学科广、模型复杂特点,需要深厚理论基础和持续技术创新才能涉足。

 

那么CAE具体能干什么?其价值有哪些?软件有哪些类别?带着这些问题,我们一起详细的来了解一下吧。

 

基本概念

 

CAE(Computer Aided Engineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

 

CAE已经历了50多年的发展历程,其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程,现已成为工程和产品结构分析中(如汽车、电子电器、航空航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具,同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。

 

随着计算机技术的普及和不断提高,CAE系统的功能和计算精度都有很大提高,各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生,并已成为结构分析和结构优化的重要工具,同时也是计算机辅助CAX系统(CAD/CAE/CAPP/CAM)的重要环节。

 

核心思想

 

结构的离散化,即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体,实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析,这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。

 

核心价值

 

随着CAE技术不断成熟,国内各行业在不断应用,真正给企业带来了减低成本、缩短研发设计时间等好处。就如元王的一款自研RQMS平台,不仅能够给企业在研发设计中降本增效,还能够防错减少损失,让使用过的企业都觉得越用越值。

 

RQMS

 

软件类别

 

CAE软件可以分为两类:针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件,称之为专用CAE软件;可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化,以实现产品技术创新的软件,称之为通用CAE软件。

 

行业产业链

CAE产业链

CAE行业上游主要以开发工具、硬件设备、中间件为主;中游以软件开发、CAE咨询;下游以汽车制造、新能源、电子电器、机械设备、航天航空、工业通讯、石油化工、海洋船舶、土木建筑等行业中广泛应用。

 

CAE分析步骤

 

CAE软件对工程或产品进行性能分析和模拟时,一般要经历以下三个过程:

 

前处理:给实体建模与参数化建模,构件的布尔运算,单元自动剖分,节点自动编号与节点参数自动生成,载荷与材料参数直接输入有公式参数化导入,节点载荷自动生成,有限元模型信息自动生成等。

 

有限元分析:有限单元库,材料库及相关算法,约束处理算法,有限元系统组装模块,静力、动力、振动、线性与非线性解法库。大型通用题的物理、力学和数学特征,分解成若干个子问题,由不同的有限元分析子系统完成。一般有如下子系统:线性静力分析子系统、动力分析子系统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。

 

后处理:根据工程或产品模型与设计要求,对有限元分析结果进行用户所要求的加工、检查,并以图形方式提供给用户,辅助用户判定计算结果与设计方案的合理性。

 

下面就以钻削为例,理解CAE分析仿真过程。

 

钻削过程中,如果加工参数选择不当,会造成钻削力过大、钻头寿命短、产生颤振及钻头折断等,同时,影响表面质量和尺寸精度。通过反复采购物料实物加工实验的方式,来优化加工参数,时间、费用经济成本高,缺乏科学基础。采用CAE软件进行仿真分析,根据钻削速度、刀具选择、进给量等参数选择,预测加工过程中的应力、温度变化情况,在虚拟环境中达到理想效果后,再在现实环境中处理显著提升效率。

 


CAE分析

CAE分析步骤

CAE分析

资料来源:知乎,《基于Abaqus的钻削仿真分析》

 

CAE软件可以说是应用领域较为广泛,在中国制造2025的十大重点应用领域中全部涉及建模仿真,涵盖信息、材料、能源、制造、生物医药等产业。从市场规模到市场应用,从大型企业到中型企业慢慢普及,CAE前景广阔,助力实现从“中国制造”向“中国创造”的跨越。