CAE技术及其在车辆行业的应用

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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一、CAE技术简介

1.CAE技术

随着科技的发展进步，产品在趋于多样化、智能化的同时，会不可避免地趋于复杂化。对于复杂的工程，人们都希望能在产品生产以前对设计方案进行精确的试验、分析和论证，这些工作需要借助计算机实现，就是计算机辅助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。CAE是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的设计阶段开始，按实际条件进行仿真和结构分析，按性能要求进行设计和综合评价，以便从多个方案中选择最佳方案，或者直接进行设计优化。

目前，为了更好地进行各工程阶段的工作，设计人员已越来越多地运用计算机辅助手段，于是产生了一系列的技术分支，如计算机辅助设计CAD（Computer Aided Design）、计算机辅助试验CAT（Computer Aided Test）、计算机辅助工艺过程设计CAPP（Computer Aided Process Planning）以及计算机辅助制造CAM（Computer Aided Manufacturing）等，有时将它们统称为CAX技术。

2.CAE软件

在工程中应用CAE技术，需要一个载体，而CAE技术的载体就是CAE软件。CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术，而形成的综合性、知识密集型信息产品。

CAE软件大体可以分为专用和通用两类。

专用软件，即针对特定类型的对象所开发的用于性能分析、预测和优化的软件。从广义上说，设计人员手头的一些小计算程序都可以认为是专用CAE软件。

通用软件，即可以对多种类型对象的物理、力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件。通用CAE软件主要指大型通用商业化软件，如NASTRAN、ADAMS、ANSYS、MARC、ADINA以及ABAQUS等。

3.CAE内涵

CAE技术主要包括以下三个方面的内容：

(1)有限元法的主要对象是零件级，包括结构刚度、强度分析、非线性和热场计算等内容；

(2)仿真技术的主要对象是分系统或系统，包括虚拟样机、流场计算和电磁场计算等内容；

(3)优化设计的主要对象是结构设计参数。

从运用有限元法对已设计产品的性能进行简单校核，逐步发展到对产品性能的准确预测，再到对产品工作过程的精确模拟仿真，有限元法和仿真技术发挥了重要作用，赢得了人们的普遍信赖。然而，提高产品竞争力不但需要提高产品的性能、质量，也要降低产品的成本，缩短开发周期。最优化技术引入CAE方法，使人们从繁重的试凑工作中解脱出来，CAE技术也达到了一个新高度。

在用CAE技术解决工程实际问题时，需要注意以下两点。

(1)CAE工作是一项难度较大的工作。一项工作，不会因为有了三维实体模型和载荷就可以马上得出结果。实际上，有了三维实体模型以后，需要做大量的模型转换和修改工作才可能得到正确的分析模型，这项工作通常占到工作量的70％以上，情况复杂时可能需要更长的时间。

(2)一般的CAE分析都基于结构材料无缺陷、不存在工艺问题这样一种假设。一个结构如果在使用中偶然出现问题，那可能是结构本身的原因，也可能是材料或工艺方面的原因，但如果问题重复出现，则一定是结构原因，必须进行CAE分析。如果材料和工艺方面存在问题，一般的CAE分析结论是不适用的，除非进行有关材料和工艺的专项CAE分析。

4.CAE在产品研制中的作用

在产品生命周期中，信息量（对产品性能的了解）和风险与研制阶段的关系，如图1所示。

图1信息量与风险的关系

图中横坐标是研制阶段，纵坐标是信息量和风险，可以看出，掌握的信息量和存在的风险基本上呈轴对称形态，掌握的信息量越大，则风险越低。传统的技术在早期不能为用户提供更多的产品信息，高风险也就不可避免，而采用CAE技术可以提早得到产品信息，使两条曲线的上升和下降段同时向左移动（如箭图所示），就可以降低风险。风险的降低，不只可以降低研制成本，还缩短了开发周期，提高了产品质量，增强了产品竞争力，这样就能够在竞争日趋激烈的市场上比对手更早推出产品，增加市场占有率。

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