1、PAGE IVPAGE VCAE在汽車設(shè)計制造中的應(yīng)用摘 要本文介紹了CAE的概念、發(fā)展及其研究內(nèi)容，說明了在設(shè)計前期引入CAE技術(shù)對于減少設(shè)計錯誤、縮短設(shè)計周期、提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的重要意義，并從汽車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、車身覆蓋件成形過程的計算機(jī)仿真、汽車碰撞安全性分析、汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計幾個方面講述了CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：CAE，汽車設(shè)計制造，汽車動力學(xué)，仿真CAE in Carr Deesiggn aand MannufaactuureABSTTRACCTThe connceppt oof CCAE andd deevellopmmentt annd rreseearcch

2、 oof CCAE is inttrodduceed iin tthiss thhesiis. Andd itt inntrooducced thee immporrtannce of usiing CAEE inn deesiggntoo reeducce errrorrs, shoorteen tthe dessignn cyyclee annd iimprrovee prroduuct dessignn quualiity. Fromm thhe sstruuctuurall sttrenngthh off caar, boddy ppaneels forrminng pproccess

3、s off coompuuterr siimullatiion, veehiccle crassh ssafeety anallysiis, auttomootivve sstruuctuurall opptimmizaatioon tto ootheer ddesiign asppectts, thiis tthessis alsso iintrroduucedd thhe uuse of CAEE teechnnoloogy in thee deesiggn aand mannufaactuure of auttomootivve pprodductts.KEY WORRDS：CAEE，A

4、uutommotiive dessignn annd mmanuufaccturre，VVehiiclee Dyynammicss，Siimullatiion目 錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc201068841 摘要 PAGEREF _Toc201068841 h I HYPERLINK l _Toc201068842 ABSTTRACCT PAGEREF _Toc201068842 hIII HYPERLINK l _Toc201068843 1 概述述 PAGEREF _Toc201068843 h 1 HYPERLINK l _Toc201068844

5、 1.1 CAEE的歷史史 PAGEREF _Toc201068844 h 1 HYPERLINK l _Toc201068845 1.2 CAEE的發(fā)展展 PAGEREF _Toc201068845 h 2 HYPERLINK l _Toc201068846 1.2.1 CCAE在在國外的的發(fā)展 PAGEREF _Toc201068846 h 22 HYPERLINK l _Toc201068847 1.2.2 CCAE在在國內(nèi)的的發(fā)展 PAGEREF _Toc201068847 h 33 HYPERLINK l _Toc201068848 1.3 CAEE的發(fā)展展趨勢 PAGEREF _T

6、oc201068848 h 55 HYPERLINK l _Toc201068849 1.3.1 擴(kuò)擴(kuò)大仿真真分析的的范圍 PAGEREF _Toc201068849 h 55 HYPERLINK l _Toc201068850 1.3.2 智智能化、人性化化 PAGEREF _Toc201068850 h 5 HYPERLINK l _Toc201068851 1.3.3 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化 PAGEREF _Toc201068851 h 66 HYPERLINK l _Toc201068852 1.3.4 我我國CAAE技術(shù)術(shù)落后的的原因PAGEREF _Toc201068852 h 66 HYPE

7、RLINK l _Toc201068853 1.3.5 CCAE今今后發(fā)展展方向及及設(shè)想 PAGEREF _Toc201068853 h 66 HYPERLINK l _Toc201068854 2 CAAE的相相關(guān)理論論 PAGEREF _Toc201068854 h 8 HYPERLINK l _Toc201068855 2.1 CAEE的基本本概念 PAGEREF _Toc201068855 h 88 HYPERLINK l _Toc201068856 2.2 CAEE的基本本結(jié)構(gòu)與與功能 PAGEREF _Toc201068856 h 88 HYPERLINK l _Toc201068

8、857 2.2.1 CCAE分分析的三三個步驟驟 PAGEREF _Toc201068857 h 8 HYPERLINK l _Toc201068858 2.2.2 CCAE軟軟件的結(jié)結(jié)構(gòu)與功功能 PAGEREF _Toc201068858 h 9 HYPERLINK l _Toc201068859 2.3 CAEE的價值值 PAGEREF _Toc201068859 h 10 HYPERLINK l _Toc201068860 2.4 CAEE的應(yīng)用用分類 PAGEREF _Toc201068860 h 112 HYPERLINK l _Toc201068861 2.4.1 整整車 PAGE

9、REF _Toc201068861 h 122 HYPERLINK l _Toc201068862 2.4.2 大大總成或或者大的的子系統(tǒng)統(tǒng) PAGEREF _Toc201068862 h 12 HYPERLINK l _Toc201068863 2.4.3 零零部件和和小總成成 PAGEREF _Toc201068863 h 12 HYPERLINK l _Toc201068864 2.5 CAAE與CADDCAAM PAGEREF _Toc201068864 h 133 HYPERLINK l _Toc201068865 3 CCAE在在汽車設(shè)設(shè)計制造造中的應(yīng)應(yīng)用 PAGEREF _Toc

10、201068865 h 144 HYPERLINK l _Toc201068866 3.1汽汽車結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度分分析 PAGEREF _Toc201068866 h 144 HYPERLINK l _Toc201068867 3.2 車身覆覆蓋件成成型過程程的計算算機(jī)仿真真 PAGEREF _Toc201068867 h 14 HYPERLINK l _Toc201068868 3.2.1 CCAE技技術(shù)在汽汽車翼子子板拉延延模具設(shè)設(shè)計中的的應(yīng)用 PAGEREF _Toc201068868 h 114 HYPERLINK l _Toc201068869 3.2.2板板料成型型過程的的顯式有有限元計

11、計算 PAGEREF _Toc201068869 h 155 HYPERLINK l _Toc201068870 3.2.3 初初始拉延延工藝設(shè)設(shè)計 PAGEREF _Toc201068870 h 177 HYPERLINK l _Toc201068871 3.2.4 計計算機(jī)仿仿真 PAGEREF _Toc201068871 h 188 HYPERLINK l _Toc201068872 3.2.5 工工藝改進(jìn)進(jìn) PAGEREF _Toc201068872 h 19 HYPERLINK l _Toc201068873 3.3 汽車碰碰撞安全全性分析析 PAGEREF _Toc20106887

12、3 h 20 HYPERLINK l _Toc201068874 3.4汽汽車結(jié)構(gòu)構(gòu)優(yōu)化 PAGEREF _Toc201068874 h 225 HYPERLINK l _Toc201068875 4 總結(jié)結(jié) PAGEREF _Toc201068875 h 26 HYPERLINK l _Toc201068876 致謝 PAGEREF _Toc201068876 h 277 HYPERLINK l _Toc201068877 參考文獻(xiàn)獻(xiàn) PAGEREF _Toc201068877 h 28PAGE 28PAGE 291 概述述1.1 CAEE的歷史史CAE起起始于220世紀(jì)紀(jì)50年年代中期期，

13、而真真正的CCAE軟軟件誕生生于700年代初初期，直直到800年代中中期的十十多年間間，CAAE軟件件是處在在獨(dú)立成成長階段段，主要要是擴(kuò)充充和完善善基本功功能、算算法和軟軟件結(jié)構(gòu)構(gòu)。19979年年美國的的SAPP5線性性結(jié)構(gòu)靜靜、動力力分析程程序向國國內(nèi)引進(jìn)進(jìn)移植成成功，掀掀起了應(yīng)應(yīng)用通用用有限元元程序來來分析計計算工程程問題的的高潮。在國內(nèi)內(nèi)開發(fā)比比較成功功并擁有有較多用用戶(1100家家以上)的有限限元分析析系統(tǒng)有有大連理理工大學(xué)學(xué)工程力力學(xué)系的的FIFFEX995、北北京大學(xué)學(xué)力學(xué)與與科學(xué)工工程系的的SAPP84、中國農(nóng)農(nóng)機(jī)科學(xué)學(xué)研究院院的MAAS5.0和杭杭州自動動化技術(shù)術(shù)研究院院的

14、MFFEP44.0等等。19985年年前后，在可用用性、可可靠性和和計算效效率上已已經(jīng)基本本成熟的的、國際際上知名名的CAAE軟件件有NAASTRRAN、ANSSYS、ASKKA、MMARCC、ADDINAA、ABBAQUUS、MMODUULEFF、DYYN-33D等。就軟件件結(jié)構(gòu)和和技術(shù)而而言，這這些CAAE軟件件基本上上是用結(jié)結(jié)構(gòu)化軟軟件設(shè)計計方法，采用FFORTTRANN語言開開發(fā)的結(jié)結(jié)構(gòu)化軟軟件、其其數(shù)據(jù)管管理技術(shù)術(shù)尚存在在一定缺缺陷，它它們的運(yùn)運(yùn)行環(huán)境境僅限于于當(dāng)時的的大型計計算機(jī)和和高檔工工作站。近15年年是CAAE軟件件的商品品化發(fā)展展階段，CAEE開發(fā)商商為滿足足市場需需求和適

15、適應(yīng)計算算機(jī)硬、軟件技技術(shù)的迅迅速發(fā)展展，在大大力推銷銷其軟件件產(chǎn)品的的同時，對軟件件的功能能、性能能，特別別是用戶戶界面和和前、后后處理能能力，進(jìn)進(jìn)行大幅幅度擴(kuò)充充；對軟軟件的內(nèi)內(nèi)部結(jié)果果和部分分軟件模模塊，特特別是數(shù)數(shù)據(jù)管理理和圖形形處理部部分，進(jìn)進(jìn)行了重重大的改改造。新新增的軟軟件部分分大都采采用了面面向?qū)ο笙蟮能浖O(shè)計方方法和CC+語語言，個個別子系系統(tǒng)則是是完全使使用面向向?qū)ο筌涇浖椒ǚㄩ_發(fā)的的軟件產(chǎn)產(chǎn)品。這這就使得得目前市市場上知知名的CCAE軟軟件，在在功能、性能、可用性性和可靠靠性、以以及對運(yùn)運(yùn)行環(huán)境境的適應(yīng)應(yīng)性方面面，基本本上滿足足了用戶戶的當(dāng)前前需求，這些CCAE軟軟件

16、可以以在超級級并行機(jī)機(jī)，分不不是為集集群，大大、中、小、微微各類計計算機(jī)和和各種操操作系統(tǒng)統(tǒng)平臺上上運(yùn)行。近40年年來，CCAE技技術(shù)結(jié)合合迅速發(fā)發(fā)展中的的計算力力學(xué)、計計算數(shù)學(xué)學(xué)、相關(guān)關(guān)的工程程科學(xué)、工程管管理學(xué)與與現(xiàn)代計計算技術(shù)術(shù)，從低低效檢驗(yàn)驗(yàn)到高效效仿真，從線性性靜力求求解到非非線性、動力仿仿真分析析、多物物理場耦耦合，取取得了巨巨大的發(fā)發(fā)展與成成就。在日趨全全球化的的市場氛氛圍中，企業(yè)間間的競爭爭將表現(xiàn)現(xiàn)為產(chǎn)品品性能和和制造成成本的競競爭。而而CAEE在產(chǎn)品品研發(fā)及及創(chuàng)新設(shè)設(shè)計中所所顯示出出的無與與倫比的的優(yōu)越性性，使其其成為現(xiàn)現(xiàn)代化工工業(yè)企業(yè)業(yè)在日趨趨激烈的的市場競競爭中取取勝的重

17、重要條件件。利用用CAEE軟件，可以對對工程和和產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)行性能能與安全全可靠性性分析，并對其其未來的的工作狀狀態(tài)和運(yùn)運(yùn)行行為為進(jìn)行虛虛擬運(yùn)行行模擬，及早發(fā)發(fā)現(xiàn)設(shè)計計缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)優(yōu)化設(shè)計計；在實(shí)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新新的同時時，提高高設(shè)計質(zhì)質(zhì)量，降降低研究究開發(fā)成成本，軟軟縮短研研究開發(fā)發(fā)周期。它們與與CADD/CAAM/CCAPPP/DDM/EERP等等軟件一一起，已已經(jīng)成為為支持工工程行業(yè)業(yè)和制造造企業(yè)信信息化的的主要信信息技術(shù)術(shù)之一。借助CAAE技術(shù)術(shù)，一家家英國的的汽車業(yè)業(yè)咨詢公公司TWWR短時時間內(nèi)(15周周)完成成一個緊緊湊型家家庭轎車車全尺寸寸模型的的設(shè)計、驗(yàn)證和和制造。通過使使用非線線性仿真真

18、軟件MMSC.Dyttrann和MSSC.MMarcc重現(xiàn)世世貿(mào)大樓樓倒塌全全過程，美國政政府的研研究人員員們找到到了為什什么世貿(mào)貿(mào)大樓在在僅僅一一個小時時之內(nèi)就就坍塌了了的原因因。 計算機(jī)輔輔助工程程作為一一項跨學(xué)學(xué)科的數(shù)數(shù)值模擬擬分析技技術(shù)，越越來越受受到科技技界和工工程界的的重視。許多大大型的CCAE分分析軟件件已相當(dāng)當(dāng)成熟并并已商品品化，計計算機(jī)模模擬分析析不僅在在科學(xué)研研究中普普遍采用用，而且且在工程程上也已已達(dá)到了了實(shí)用化化階段。 事實(shí)證明明，在設(shè)設(shè)計過程程中的早早期引入入CAEE來指導(dǎo)導(dǎo)設(shè)計決決策，能能解釋因因在下游游發(fā)現(xiàn)問問題時需需重新設(shè)設(shè)計而造造成的時時間和費(fèi)費(fèi)用的浪浪費(fèi)，設(shè)

19、設(shè)計人員員能將主主要精力力投身如如何優(yōu)化化設(shè)計，提高工工程和產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)，從而而產(chǎn)生巨巨大的經(jīng)經(jīng)濟(jì)效益益。 在現(xiàn)代設(shè)設(shè)計流程程中，CCAE是是創(chuàng)造價價值的中中心環(huán)節(jié)節(jié)。事實(shí)實(shí)上，CCAE技技術(shù)是企企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)創(chuàng)新設(shè)設(shè)計的最最主要的的保障。企業(yè)要要在激烈烈的市場場競爭中中立于不不敗之地地，就必必須不斷斷保持產(chǎn)產(chǎn)品的創(chuàng)創(chuàng)新。衡量CAAE技術(shù)術(shù)水平的的重要標(biāo)標(biāo)志之一一是分析析軟件的的開發(fā)和和應(yīng)用。目前，ABAAQUSS、ANNSYSS、NAASTRRAN等等大型通通用有限限元分析析軟件已已經(jīng)引進(jìn)進(jìn)我國，在汽車車、航空空、機(jī)械械、材料料等許多多行業(yè)得得到了應(yīng)應(yīng)用。我我國的計計算機(jī)分分析軟件件開發(fā)是是一個

20、薄薄弱環(huán)節(jié)節(jié)，嚴(yán)重重地制約約了CAAE技術(shù)術(shù)的發(fā)展展。僅以以有限元元計算分分析軟件件為例，目前的的世界年年市場份份額達(dá)55億美元元，并且且以每年年15%的速度度遞增。相比之之下，我我國自己己的CAAE軟件件工業(yè)還還非常弱弱小，僅僅占有很很少量的的市場份份額。1.2 CAEE的發(fā)展展1.2.1 CCAE在在國外的的發(fā)展當(dāng)今國際際上FEEA方法法和軟件件發(fā)展呈呈現(xiàn)出以以下一些些趨勢特特征： （1）從從單純的的結(jié)構(gòu)力力學(xué)計算算發(fā)展到到求解許許多物理理場問題題：從板板、殼和和實(shí)體等等連續(xù)體體固體力力學(xué)分析析，發(fā)展展到流體體力學(xué)、溫度場場、電傳傳導(dǎo)、磁磁場、滲滲流和聲聲場等問問題的求求解計算算，最近近又

21、發(fā)展展到求解解幾個交交叉學(xué)科科的問題題(所謂謂“流固耦耦合”的問題題)；（2）由由求解線線性工程程問題進(jìn)進(jìn)展到分分析非線線性問題題；（3）增增強(qiáng)可視視化的前前置建模模和后置置數(shù)據(jù)處處理功能能；（4）與與CADD軟件的的無縫集集成。都都開發(fā)了了和著名名的CAAD軟件件(例如如Proo/ENNGINNEERR、Unnigrraphh iccs、SSoliidEddge、IDEEAS、Benntleey和AAutooCADD等)的的接口。同時CCAD綜綜合型CCAE工工具的分分析功能能正逐漸漸加強(qiáng)； （5）改改進(jìn)CAAE方法法中的優(yōu)優(yōu)化技術(shù)術(shù)：引入入各種優(yōu)優(yōu)化技術(shù)術(shù)，優(yōu)化化參數(shù)評評價。具具備智能能的

22、網(wǎng)格格劃分器器，以解解決模型型在形狀狀參數(shù)變變化劇烈烈時出現(xiàn)現(xiàn)的網(wǎng)格格奇化問問題；非非線性收收斂的智智能控制制技術(shù)對對非線性性優(yōu)化問問題是不不可或缺缺的。CAE軟軟件對工工程和產(chǎn)產(chǎn)品的分分析模擬擬能力，主要取取決于單單元庫和和材料庫庫的豐富富和完善善程度，單元庫庫所包含含的單元元類型越越多，材材料所包包括的材材料特性性種類越越全，其其CAEE軟件對對工程或或產(chǎn)品的的分析、仿真能能力就越越強(qiáng)。而而CAEE軟件的的計算效效率和計計算結(jié)果果的精度度，則主主要決定定于解法法庫，先先進(jìn)高效效的求解解算法可可能對計計算效率率造成幾幾倍、幾幾十倍甚甚至幾百百倍的提提高。近幾年來來國際上上先進(jìn)的的軟件在在單元

23、庫庫、材料料庫、前前后處理理，特別別是用戶戶界面和和數(shù)據(jù)管管理技術(shù)術(shù)等方面面都有了了巨大發(fā)發(fā)展，已已經(jīng)可以以對工程程和產(chǎn)品品進(jìn)行靜靜力和擬擬靜力的的線性和和非線性性分析；線性與與非線性性動力分分析；穩(wěn)穩(wěn)態(tài)與瞬瞬態(tài)熱分分析；靜靜態(tài)和交交變態(tài)的的電磁場場和電流流分析；流體計計算；聲聲場與波波的傳播播計算等等。前后處理理是近十十多年發(fā)發(fā)展最快快的CAAE軟件件成分，它們是是CAEE軟件滿滿足用戶戶要求，使通用用軟件專專業(yè)化、屬地化化，并實(shí)實(shí)現(xiàn)與CCAD、CAMM、CAAPP、PDMM等軟件件無縫集集成的關(guān)關(guān)鍵性軟軟件成份份。1.2.2CAAE在國國內(nèi)的發(fā)發(fā)展CAE在在中國汽汽車行業(yè)業(yè)的應(yīng)用用起步于于

24、20世世紀(jì)800年代中中期，歷歷經(jīng)十幾幾年的緩緩慢發(fā)展展，到990年代代后期開開始加速速，目前前已經(jīng)進(jìn)進(jìn)入飛速速發(fā)展期期。中外外合資的的汽車以以及零部部件生產(chǎn)產(chǎn)企業(yè)的的CAEE應(yīng)用水水平普遍遍比較低低，因?yàn)闉檫@些合合資企業(yè)業(yè)的產(chǎn)品品設(shè)計權(quán)權(quán)在國外外，他們們的CAAE應(yīng)用用一般停停留在工工藝更改改后的驗(yàn)驗(yàn)證層次次，談不不上汽車車關(guān)鍵部部件的CCAE應(yīng)應(yīng)用。隨隨著外國國汽車以以及零部部件公司司逐步在在中國建建立研發(fā)發(fā)中心，其CAAE的應(yīng)應(yīng)用水平平也會逐逐步提高高。國有汽車車企業(yè)的的CAEE應(yīng)用開開始較早早，但是是發(fā)展緩緩慢，CCAE人人才流失失比較多多，有的的單位CCAE仿仿真技術(shù)術(shù)應(yīng)用220幾年

25、年來還停停留在基基本分析析階段。民營或或者國內(nèi)內(nèi)股份企企業(yè)因?yàn)闉闆]有現(xiàn)現(xiàn)成的產(chǎn)產(chǎn)品可以以生產(chǎn)，開始是是仿造，現(xiàn)在有有的企業(yè)業(yè)已經(jīng)擁擁有自己己的設(shè)計計能力，且CAAE在關(guān)關(guān)鍵部件件的應(yīng)用用水平還還較高。國內(nèi)一些些自主品品牌自主主（半自自主）開開發(fā)的車車型，對對CAEE分析的的需求和和依賴性性較強(qiáng)，部件、子系統(tǒng)統(tǒng)、整車車運(yùn)動與與安全都都在進(jìn)行行CAEE分析。有的企企業(yè)借助助一些曾曾經(jīng)在國國外大汽汽車公司司工作的的“海歸”帶回的的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合合本企業(yè)業(yè)CAEE應(yīng)用的的經(jīng)驗(yàn)，開始在在著手建建立自己己的CAAE應(yīng)用用規(guī)范和和仿真流流程?？偪傮w來講講，中國國的轎車車企業(yè)CCAE應(yīng)應(yīng)用水平平相對高高，卡車車

26、次之，客車企企業(yè)屬于于起步階階段。如何解決決應(yīng)用難難題：就汽車行行業(yè)來說說，國內(nèi)內(nèi)汽車廠廠家所用用到的CCAE軟軟件跟國國外汽車車廠家所所用的基基本一樣樣，那么么，國內(nèi)內(nèi)汽車廠廠家普遍遍應(yīng)用水水平不高高的原因因在哪里里呢？首先是企企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)對CAAE的功功能還沒沒有能夠夠充分認(rèn)認(rèn)識。雖雖然現(xiàn)在在汽車企企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)導(dǎo)層普遍遍認(rèn)識到到CAEE的作用用，但是是對CAAE應(yīng)用用的難度度沒有充充分估計計。不少少企業(yè)認(rèn)認(rèn)為買回回來CAAE軟件件就可以以發(fā)揮立立竿見影影的作用用，但事事實(shí)上如如果沒有有經(jīng)驗(yàn)豐豐富的CCAE人人員，很很難立刻刻見到成成效；再再就是CCAE人人員的培培養(yǎng)問題題，CAAE分析析專家既既

27、需要比比較深厚厚的理論論基礎(chǔ)，也要具具有相應(yīng)應(yīng)行業(yè)的的工程應(yīng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，CAAE分析析人員的的培養(yǎng)周周期相對對較長；還有就就是汽車車企業(yè)通通常缺乏乏自己的的CAEE分析標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)或者者規(guī)范。要解決好好汽車行行業(yè)CAAE應(yīng)用用的上述述問題，首先，汽車行行業(yè)相關(guān)關(guān)廠商的的領(lǐng)導(dǎo)層層要充分分認(rèn)識CCAE的的作用和和難度，特別是是后者。軟件可可以隨時時購買，但是使使用 CCAE軟軟件的人人才是企企業(yè)從頭頭培養(yǎng)還還是從相相關(guān)行業(yè)業(yè)引進(jìn)？如果是是自己培培養(yǎng)，那那就要有有長期見見效的心心理準(zhǔn)備備，而且且要肯花花錢培訓(xùn)訓(xùn)CAEE人員。當(dāng)然如如果企業(yè)業(yè)想盡快快見到成成效，可可以引進(jìn)進(jìn)經(jīng)驗(yàn)豐豐富的CCAE人人才，采采取

28、引進(jìn)進(jìn)與自己己培養(yǎng)相相結(jié)合，這是一一個較好好的途徑徑。有了CAAE人員員，企業(yè)業(yè)還要努努力建立立自己的的CAEE分析標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。目目前，我我國汽車車CAEE應(yīng)用中中的最大大問題就就在于我我們的企企業(yè)沒有有自己的的標(biāo)準(zhǔn)或或者標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)不完善善，從而而會導(dǎo)致致這樣一一種現(xiàn)象象：就算算做了CCAE分分析，也也無法有有效地評評價分析析結(jié)果。所謂標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)就是具具體應(yīng)用用有限元元軟件進(jìn)進(jìn)行特定定設(shè)計產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行行分析時時，如何何簡化CCAD模模型，如如何定義義載荷以以及邊界界條件；工況如如何設(shè)置置；進(jìn)行行什么類類型的分分析，如如：是結(jié)結(jié)構(gòu)分析析還是熱熱、流場場分析，是否需需要做熱熱結(jié)構(gòu)構(gòu)耦合分分析等，結(jié)構(gòu)分分析是靜靜

29、力還是是動力，有沒有有非線性性問題等等；分析析完成如如何評價價結(jié)果，譬如：做轎車車白車身身模態(tài)分分析，第第一階模模態(tài)頻率率需要達(dá)達(dá)到多少少Hz才才算合格格呢？標(biāo)準(zhǔn)的解解決途徑徑有兩個個：一是是，自己己通過試試驗(yàn)和仿仿真相互互校核，建立相相關(guān)產(chǎn)品品的評價價標(biāo)準(zhǔn)；二是，利用相相關(guān)行業(yè)業(yè)已有的的經(jīng)驗(yàn)來來輔助建建立自己己的CAAE分析析標(biāo)準(zhǔn)。由此可可見，CCAE分分析標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的建立立相當(dāng)不不易，需需要做大大量的工工作，并并且要結(jié)結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果。然而，這個過過程是必必須要走走的。針對汽車車行業(yè)的的全面解解決方案案：UGS公公司作為為全球領(lǐng)領(lǐng)先的PPLM廠廠商，有有著400年的CCAE軟軟件開發(fā)發(fā)與技術(shù)術(shù)服

30、務(wù)歷歷史，能能夠?yàn)槠囆袠I(yè)業(yè)提供全全面的解解決方案案，包括括CAEE軟件模模塊方案案和技術(shù)術(shù)服務(wù)方方案（培培訓(xùn)咨咨詢）。NX NNASTTRANN（MCCAE工工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)）針對對汽車整整車、零零部件、子總成成的強(qiáng)度度剛度線線性和非非線性動動力、靜靜力分析析。其新新增加SSOL1101線線性接觸觸功能，大大提提高螺拴拴等連接接部件的的局部分分析精度度；全球球領(lǐng)先的的分布式式并行計計算能力力，能夠夠高速度度，高精精確性地地求解工工程問題題。NXX MOOTIOON模塊塊針對汽汽車運(yùn)動動學(xué)、動動力學(xué)仿仿真，集集成于UUG NNX 環(huán)環(huán)境中。該模塊塊內(nèi)嵌AADAMMS和RRecuurDyyn兩個個世

31、界知知名多體體求解器器，使用用非常方方便，跟跟CADD軟件一一體化。NX Floow和NNX TTherrmall針對車車身外流流場計算算和發(fā)動動機(jī)（包包括進(jìn)、排氣系系統(tǒng)）熱熱分析、汽車電電子電器器系統(tǒng)冷冷卻分析析，具有有很高的的性能價價格比。NX Floow 提提供一個個整套的的CFDD能力用用于高精精度流體體仿真，并完全全集成在在NX環(huán)環(huán)境中，可以有有效地仿仿真穩(wěn)態(tài)態(tài)和瞬態(tài)態(tài)流體流流動問題題。NX TTherrmall 提供供廣泛的的熱分析析和傳熱熱分析仿仿真能力力，完全全集成在在NX環(huán)環(huán)境中，可提供供完整的的建模和和求解復(fù)復(fù)雜熱問問題的架架構(gòu)。該該產(chǎn)品可可以有效效地仿真真穩(wěn)態(tài)和和瞬態(tài)熱熱

32、響應(yīng)問問題，可可以處理理各種熱熱相關(guān)和和光熱相相關(guān)材料料特性，強(qiáng)大的的熱耦合合分析很很好處理理網(wǎng)格脫脫離的接接觸傳熱熱，且提提供高精精度的熱熱輻射，使用半半球技術(shù)術(shù)計算視視角因子子。NXX Fllow和和NX Theermaal可以以無縫耦耦合。車車身以及及底盤等等疲勞耐耐久性預(yù)預(yù)測，DDURAABILLITYY模塊能能夠進(jìn)行行很好的的計算，而且還還可以集集成其它它知名疲疲勞分析析軟件。UGSS CAAE 的的前后處處理器采采用先進(jìn)進(jìn)的虛擬擬拓?fù)渚W(wǎng)網(wǎng)格生成成技術(shù)，使得劃劃分出來來的網(wǎng)格格能夠1100%滿足NNASTTRANN求解的的要求，一鍵式式的自動動批處理理網(wǎng)格生生成技術(shù)術(shù)，把CCAE分分

33、析人員員從繁重重網(wǎng)格劃劃分中解解放出來來，且支支持多種種CAEE求解器器。1.3 CAEE的發(fā)展展趨勢1.3.1 擴(kuò)擴(kuò)大仿真真分析的的范圍未來的產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計將由產(chǎn)產(chǎn)品功能能主導(dǎo)產(chǎn)產(chǎn)品外形形、材料料和加工工工藝過過程，所所需的分分析模擬擬范圍將將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超超出今天天的范圍圍。設(shè)計計人員必必須考慮慮應(yīng)力和和振動、運(yùn)動學(xué)學(xué)、流體體力學(xué)、裝配建建模、可可靠性分分析、人人的因素素和加工工工藝及及成本等等等。工工程師必必須能夠夠真實(shí)地地模擬產(chǎn)產(chǎn)品的所所有性能能，結(jié)合合貫穿產(chǎn)產(chǎn)品生命命周期的的各種因因素，獲獲得對各各種設(shè)計計的模擬擬結(jié)果。CAEE軟件也也將由單單一零件件的虛擬擬樣機(jī)朝朝著整機(jī)機(jī)虛擬樣樣機(jī)的方方向

34、發(fā)展展。多物理場場耦合分分析模擬擬任何何一個復(fù)復(fù)雜的工工程和產(chǎn)產(chǎn)品大都都是處在在多物理理場耦合合，甚至至是多相相多態(tài)介介質(zhì)耦合合狀態(tài)下下工作，其運(yùn)行行行為絕絕非是多多個單一一物理場場問題，部分可可能屬于于強(qiáng)非線線性耦合合。對于于這些問問題，目目前尚沒沒有成熟熟可靠的的理論，還處于于基礎(chǔ)性性前沿研研究階段段，但由由于其強(qiáng)強(qiáng)烈的工工業(yè)背景景，它們們已經(jīng)成成為國內(nèi)內(nèi)外科學(xué)學(xué)家研究究的主要要目標(biāo)。高度集成成化包括兩兩方面的的含義。狹義上上的信息息集成，即實(shí)現(xiàn)現(xiàn)CAEE與CAAD、CCAM、CAPPP、EERP等等各單元元信息的的集成，減少之之間的數(shù)數(shù)據(jù)傳輸輸與轉(zhuǎn)換換。這主主要依靠靠相同平平臺的軟軟件、

35、開開發(fā)一定定的數(shù)據(jù)據(jù)轉(zhuǎn)換接接口程序序、基于于數(shù)據(jù)庫庫的信息息處理等等方式實(shí)實(shí)現(xiàn)。廣廣義上的的“多集成成”，即信信息集成成、智能能集成、串并行行工作機(jī)機(jī)制集成成及人員員集成。未來的的趨勢應(yīng)應(yīng)該是實(shí)實(shí)現(xiàn)技術(shù)術(shù)、人和和管理的的集成。在技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新上，近年來來變量化化技術(shù)突突飛猛進(jìn)進(jìn)，取得得了一系系列理論論成果，如變量量化造型型、變量量化分析析、變量量化裝配配、變量量化模架架庫等，并已在在CADD領(lǐng)域取取得了成成功應(yīng)用用。將來來，必然然會擴(kuò)展展到分析析領(lǐng)域。屆時，實(shí)時的的、隨意意的多方方案分析析過程將將使CAAE更加加輕松自自如。1.3.2 智智能化、人性化化CAE作作為設(shè)計計分析人人員進(jìn)行行產(chǎn)品研研發(fā)

36、的工工具，必必然務(wù)求求易學(xué)好好用，得得心應(yīng)手手，而未未來的大大型通用用CADD/CAAE/CCAM軟軟件是一一個多學(xué)學(xué)科交叉叉的，綜綜合性知知識密集集型產(chǎn)品品，如何何使用戶戶更方便便地使用用軟件，同時結(jié)結(jié)合多學(xué)學(xué)科多領(lǐng)領(lǐng)域的知知識經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)來促進(jìn)進(jìn)設(shè)計分分析過程程是一個個不容回回避的問問題。因因此，開開發(fā)更有有效的支支持用戶戶使用這這些軟件件的專家家系統(tǒng)顯顯得十分分必要。智能化化將是發(fā)發(fā)展的一一個必然然趨勢。同時，軟軟件的工工作環(huán)境境應(yīng)該盡盡可能解解放使用用者的頭頭腦，開開拓使用用者的思思路，讓讓使用者者集中精精力于設(shè)設(shè)計創(chuàng)作作，這使使得軟件件趨向于于人性化化，除了了具備智智能化的的自動運(yùn)運(yùn)算、推

37、推理判斷斷、協(xié)助助思考等等功能外外，還要要以符合合人們思思維習(xí)慣慣的方式式去判斷斷、思考考、表達(dá)達(dá)與操作作，以更更強(qiáng)的用用戶界面面提供更更強(qiáng)的直直觀、直直感、直直覺性，更智能能化地適適應(yīng)用戶戶的要求求。1.3.3 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)化隨著互聯(lián)聯(lián)網(wǎng)的普普及，寬寬帶通信信技術(shù)的的突破，網(wǎng)絡(luò)正正改變著著人們獲獲取信息息、共享享數(shù)據(jù)和和商品交交易的方方式，也也改變著著工程設(shè)設(shè)計人員員完成模模擬仿真真分析的的傳統(tǒng)方方式。軟軟件供應(yīng)應(yīng)商們已已經(jīng)認(rèn)識識到，是是否提供供電子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)銷售售將決定定他們今今后的競競爭力。所以軟軟件用戶戶將從現(xiàn)現(xiàn)在的購購買和安安裝軟件件逐步過過渡到直直接租用用放在網(wǎng)網(wǎng)上服務(wù)務(wù)器的軟軟件。如如MS

38、CC.Sooftwwaree公司已已實(shí)現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)上購買買仿真分分析軟件件，還與與網(wǎng)絡(luò)服服務(wù)商和和硬件商商合作，通過服服務(wù)器端端大量的的MSCC.SOOFTWWREEE軟件與與客戶端端的用戶戶環(huán)境，提供有有償?shù)能涇浖茏庾饣蛟伦庾夥?wù)。同時，基基于網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的遠(yuǎn)程程計算與與分析設(shè)設(shè)計將得得到進(jìn)一一步發(fā)展展，異地地協(xié)同設(shè)設(shè)計、分分析、制制造將成成為現(xiàn)實(shí)實(shí)。企業(yè)業(yè)的創(chuàng)新新需求為為CAEE技術(shù)的的發(fā)展提提供了強(qiáng)強(qiáng)大的動動力，可可以預(yù)見見，隨著著科學(xué)技技術(shù)的迅迅速發(fā)展展和全球球信息化化，CAAE必將將取得更更為巨大大的成就就，并繼繼續(xù)對國國民經(jīng)濟(jì)濟(jì)的發(fā)展展做出重重要貢獻(xiàn)獻(xiàn)。1.3.4 我我國CAAE技術(shù)術(shù)落后的

39、的原因我國開展展CADD/CAAM技術(shù)術(shù)應(yīng)用工工作并不不算晚，通過引引進(jìn)，不不少企業(yè)業(yè)的軟、硬件條條件與國國外相比比也相差差不大。但是，為什么么國內(nèi)的的汽車CCAD/CAMM 技術(shù)術(shù)應(yīng)用與與國外先先進(jìn)水平平相比存存在較大大的差距距呢?我我認(rèn)為有有以下幾幾個原因因:（1）原原有計劃劃經(jīng)濟(jì)的的原因。在舊的的經(jīng)營模模式下，企業(yè)領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)干好好干壞一一個樣，而采用用 CAAD/ CAMM 技術(shù)術(shù)投資大大，有較較大風(fēng)險險，效益益回報有有一定的的滯后期期，導(dǎo)致致企業(yè)領(lǐng)領(lǐng)導(dǎo)不夠夠重視，怕影響響正常的的生產(chǎn)。（2）管管理上的的缺陷。由于條條塊分割割，重復(fù)復(fù)引進(jìn)，企業(yè)相相互之間間缺乏必必要的交交流和協(xié)協(xié)作, 影響了

40、了CADD/ CCAM技技術(shù)效益益的發(fā)揮揮。（3）人人才培養(yǎng)養(yǎng)的不足足。像福福特、通通用等汽汽車公司司之所以以CADD/ CCAM技技術(shù)應(yīng)用用得好, 是因因?yàn)閹资陙硪灰恢贝罅α﹂_展CCAD/ CAAM應(yīng)用用而積淀淀下來的的寶貴經(jīng)經(jīng)驗(yàn)和培培養(yǎng)出了了一支高高水平的的技術(shù)隊隊伍。有有錢可以以買到先先進(jìn)的軟軟、硬件件，但一一支高水水平的技技術(shù)隊伍伍需要若若干年的的培養(yǎng)?，F(xiàn)在國國內(nèi)既懂懂計算機(jī)機(jī)軟、硬硬件，又又有豐富富專業(yè)知知識的人人才奇缺缺，而這這恰是企企業(yè)最為為寶貴的的財富。.1.3.5 CCAE今今后發(fā)展展方向及及設(shè)想目前，我我國汽車車行業(yè)中中的大企企業(yè)基本本上具備備了一定定的CAAE應(yīng)用用能

41、力，但至今今這種能能力在汽汽車產(chǎn)品品設(shè)計中中仍未得得到充分分發(fā)揮，大多數(shù)數(shù)產(chǎn)品的的設(shè)計仍仍局限在在經(jīng)驗(yàn)上上，這主主要與CCAE的的規(guī)劃、培訓(xùn)以以及設(shè)計計人員對對CAEE的重視視程度、CAEE分析周周期長等等因素有有關(guān)。針針對這些些問題，結(jié)合汽汽車產(chǎn)品品的設(shè)計計水平，應(yīng)該采采取以下下措施來來加速CCAE的的發(fā)展和和促進(jìn)其其應(yīng)用，使之盡盡快轉(zhuǎn)變變?yōu)樯a(chǎn)產(chǎn)力。（1）切切實(shí)重視視CAEE的發(fā)展展，并使使之與產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計結(jié)合起起來，最最后達(dá)到到在產(chǎn)品品設(shè)計中中能使用用CAEE技術(shù)的的目的。（2）制制定長期期的CAAE發(fā)展展規(guī)劃，包括階階段研究究方向、人員培培訓(xùn)提高高、計算算機(jī)軟、硬件的的更新等等。目前前

42、，應(yīng)集集中力量量研究CCAE能能夠解決決的設(shè)計計問題，加強(qiáng)CCAE模模型與測測試結(jié)果果的對比比研究，大幅度度減少CCAE模模型的制制作時間間。為此此，可以以考慮具具體汽車車結(jié)構(gòu)的的FEMM分析系系統(tǒng)，如如車身結(jié)結(jié)構(gòu)分析析系統(tǒng)，該系統(tǒng)統(tǒng)包括基基本的模模型數(shù)據(jù)據(jù)庫、設(shè)設(shè)計評價價指標(biāo)、CAEE分析的的基本步步驟（先先作靜態(tài)態(tài)剛度，然后進(jìn)進(jìn)行模型型分析、響應(yīng)分分析及靈靈敏度分分析等），利用用測試結(jié)結(jié)果建立立可靠的的CAEE模型，使CAAE真正正成為車車身設(shè)計計的有效效工具。（3）加加強(qiáng)CAAE的培培訓(xùn)工作作。一方方面是 CAEE專業(yè)人人員能力力的提高高（可以以通過高高層次學(xué)學(xué)習(xí)，如如請人講講學(xué)等方方式

43、達(dá)到到；另一一方面是是CAEE專業(yè)人人員有重重點(diǎn)地培培訓(xùn)產(chǎn)品品設(shè)計人人員，使使現(xiàn)有較較成熟的的CAEE技術(shù)盡盡快應(yīng)用用于設(shè)計計。（4）加加強(qiáng)汽車車行業(yè)中中各大企企業(yè)間CCAE技技術(shù)的協(xié)協(xié)作。在在我國CCAE發(fā)發(fā)展水平平還較低低，企業(yè)業(yè)CAEE軟、硬硬件的相相互封鎖鎖，只能能阻礙 CAEE的發(fā)展展及應(yīng)用用，重復(fù)復(fù)投資，重復(fù)勞勞動，使使得本來來就不太太充足的的人員和和資金白白白浪費(fèi)費(fèi)掉。因因此, 應(yīng)該定定期進(jìn)行行交流，共同提提高，互互相協(xié)作作，做好好規(guī)劃，避免重重復(fù)性投投入。（5）提提高使用用CAEE技術(shù)的的方便性性。為此此，首先先應(yīng)盡快快推進(jìn)便便于使用用的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析程程序，如如ANSSYS、NA

44、SSTRAAN等；其次，CAEE專業(yè)人人員的課課題研究究應(yīng)把應(yīng)應(yīng)用作為為目標(biāo)，把課題題結(jié)果的的規(guī)范化化與培訓(xùn)訓(xùn)設(shè)計人人員使用用CAEE技術(shù)能能力作為為課題的的重要組組成部分分。（6）加加強(qiáng)CAAE與測測試部門門的結(jié)合合，盡量量縮短CCAE的的分析時時間，用用盡可能能多的測測試結(jié)果果驗(yàn)證模模型，使使模型能能最大限限度地得得以簡化化。隨著科學(xué)學(xué)技術(shù)的的迅猛發(fā)發(fā)展，CCAD/CAMM技術(shù)正正向集成成化、智智能化、網(wǎng)絡(luò)化化、標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化、可可視化等等方向發(fā)發(fā)展。新新的技術(shù)術(shù)正在不不斷出現(xiàn)現(xiàn)，在這這新舊交交替之際際，只要要我們抓抓住機(jī)遇遇，就能能跳躍前前進(jìn)，趕趕上世界界科技發(fā)發(fā)展的步步伐；反反之，如如不能把

45、把握機(jī)會會，則將將更加落落后?？煽梢韵嘈判?，中國國的汽車車CADD/ CCAM事事業(yè)前途途光明，但需要要大家付付出艱辛辛的努力力。2 CAAE的相相關(guān)理論論2.1 CAEE的基本本概念CAE（Commputter Aidded Enggineeeriing）從字面面上講是是計算機(jī)機(jī)輔助工工程，其其概念很很廣，可可以包括括工程和和制造業(yè)業(yè)信息化化的所有有方面。但傳統(tǒng)統(tǒng)的CAAE主要要是指工工程設(shè)計計中的分分析計算算和分析析仿真，其核心心是基于于現(xiàn)代計計算力學(xué)學(xué)的有限限單元分分析技術(shù)術(shù)。從廣義上上說，計計算機(jī)輔輔助工程程包括很很多，從從字面上上講，它它可以包包括工程程和制造造業(yè)信息息化的所所有方面

46、面，但是是傳統(tǒng)的的CAEE主要指指用計算算機(jī)對工工程和產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行行性能與與安全可可靠性分分析，對對其未來來的工作作狀態(tài)和和運(yùn)行行行為進(jìn)行行模擬，及早發(fā)發(fā)現(xiàn)設(shè)計計缺陷，并證實(shí)實(shí)未來工工程、產(chǎn)產(chǎn)品功能能和性能能的可用用性和可可靠性。這里主主要是指指CAEE軟件。 CAE軟軟件可以以分為兩兩類：針針對特定定類型的的工程或或產(chǎn)品所所開發(fā)的的用于產(chǎn)產(chǎn)品性能能分析、預(yù)測和和優(yōu)化的的軟件，稱之為為專用CCAE軟軟件；可可以對多多種類型型的工程程和產(chǎn)品品的物理理、力學(xué)學(xué)性能進(jìn)進(jìn)行分析析、模擬擬和預(yù)測測、評價價和優(yōu)化化，以實(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品品技術(shù)創(chuàng)創(chuàng)新的軟軟件，稱稱之為通通用CAAE軟件件。 CAE軟軟件的主主體是有有

47、限元分分析(FFEA，F(xiàn)innitee Ellemeent Anaalyssis)軟件。有限元元方法的的基本思思想是將將結(jié)構(gòu)離離散化，用有限限個容易易分析的的單元來來表示復(fù)復(fù)雜的對對象，單單元之間間通過有有限個節(jié)節(jié)點(diǎn)相互互連接，然后根根據(jù)變形形協(xié)調(diào)條條件綜合合求解。由于單單元的數(shù)數(shù)目是有有限的，節(jié)點(diǎn)的的數(shù)目也也是有限限的，所所以稱為為有限元元法。這這種方法法靈活性性很大，只要改改變單元元的數(shù)目目，就可可以使解解的精確確度改變變，得到到與真實(shí)實(shí)情況無無限接近近的解?；谟邢尴拊椒ǚǖ腃AAE系統(tǒng)統(tǒng)，其核核心思想想是結(jié)構(gòu)構(gòu)的離散散化。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，CAAE各階階段所用用的時間間為：440%45%用

48、于模模型的建建立和數(shù)數(shù)據(jù)輸入入，500%555%用用于分析析結(jié)果的的判讀和和評定，而真正正的分析析計算時時間只占占5%左左右。采用CAAD技術(shù)術(shù)來建立立CAEE的幾何何模型和和物理模模型，完完成分析析數(shù)據(jù)的的輸入，通常稱稱此過程程為CAAE的前前處理。同樣，CAEE的結(jié)果果也需要要用CAAD技術(shù)術(shù)生成形形象的圖圖形輸出出，如生生成位移移圖、應(yīng)應(yīng)力、溫溫度、壓壓力分布布的等值值線圖，表示應(yīng)應(yīng)用、溫溫度、壓壓力分布布的彩色色明暗圖圖，以及及隨機(jī)械械載荷和和溫度載載荷變化化生成位位移、應(yīng)應(yīng)力、溫溫度、壓壓力等分分布的動動態(tài)顯示示圖。我我們稱這這一過程程為：CCAE的的后處理理。針對對不同的的應(yīng)用，也

49、可用用CAEE仿真模模擬零件件、部件件、裝置置(整機(jī)機(jī))乃至至生產(chǎn)線線、工廠廠的運(yùn)動動和運(yùn)行行狀態(tài)。2.2 CAEE的基本本結(jié)構(gòu)與與功能2.2.1 CCAE分分析的三三個步驟驟應(yīng)用這些些CAEE軟件對對工程或或產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)行性能能分析和和模擬時時，一般般要經(jīng)歷歷如圖22-1所所示步驟驟： 圖2-11 CAAE一般般步驟（1）前前處理用圖形形軟件首首先對工工程或產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行行實(shí)體建建模，進(jìn)進(jìn)而建立立有限元元分析模模型。（2）有有限元分分析對對有限元元模型進(jìn)進(jìn)行單元元分析、有限元元系統(tǒng)組組裝、有有限元系系統(tǒng)求解解以及有有限元結(jié)結(jié)果生成成。（3）后后處理據(jù)工程程或產(chǎn)品品模型與與設(shè)計要要求，對對有限元元分析

50、結(jié)結(jié)果進(jìn)行行用戶所所要求的的加工、檢查，并以圖圖形方式式提供給給用戶，輔助用用戶判定定計算結(jié)結(jié)果與設(shè)設(shè)計方案案的合理理性。2.2.2 CCAE軟軟件的結(jié)結(jié)構(gòu)與功功能CAE軟軟件的基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)其中包包含以下下模塊：前處理模模塊給實(shí)實(shí)體建模模與參數(shù)數(shù)化建模模，構(gòu)件件的布爾爾運(yùn)算，單元自自動剖分分，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)自動編編號與節(jié)節(jié)點(diǎn)參數(shù)數(shù)自動生生成，載載荷與材材料參數(shù)數(shù)直接輸輸入有公公式參數(shù)數(shù)化導(dǎo)入入，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)載荷自自動生成成，有限限元模型型信息自自動生成成等。有限元分分析模塊塊有限單單元庫，材料庫庫及相關(guān)關(guān)算法，約束處處理算法法，有限限元系統(tǒng)統(tǒng)組裝模模塊，靜靜力、動動力、振振動、線線性與非非線性解解法庫。大型

51、通通用題的的物理、力學(xué)和和數(shù)學(xué)特特征，分分解成若若干個子子問題，由不同同的有限限元分析析子系統(tǒng)統(tǒng)完成。一般有有如下子子系統(tǒng)：線性靜靜力分析析子系統(tǒng)統(tǒng)、動力力分析子子系統(tǒng)、振動模模態(tài)分析析子系統(tǒng)統(tǒng)、熱分分析子系系統(tǒng)等。 后處理模模塊有限限元分析析結(jié)果的的數(shù)據(jù)平平滑，各各種物理理量的加加工與顯顯示，針針對工程程或產(chǎn)品品設(shè)計要要求的數(shù)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)驗(yàn)與工程程規(guī)范校校核，設(shè)設(shè)計優(yōu)化化與模型型修改等等。用戶界面面模塊彈出出式下拉拉菜單，對話框框，數(shù)據(jù)據(jù)導(dǎo)入與與導(dǎo)出宏宏命令，以及相相關(guān)的GGUI圖圖符等。數(shù)據(jù)管管理系統(tǒng)統(tǒng)與數(shù)據(jù)據(jù)庫不同的的CAEE軟件所所采用的的數(shù)據(jù)管管理技術(shù)術(shù)差異較較大，有有文件管管理系統(tǒng)統(tǒng)，

52、關(guān)系系型數(shù)據(jù)據(jù)庫管理理系統(tǒng)及及面向?qū)ο蟮墓すこ虜?shù)據(jù)據(jù)庫管理理系統(tǒng)。其數(shù)據(jù)據(jù)庫應(yīng)該該包括構(gòu)構(gòu)件與模模型的圖圖形和特特性數(shù)據(jù)據(jù)庫，標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范范及有關(guān)關(guān)知識庫庫等。共共享的基基礎(chǔ)算法法模塊如圖圖形算法法，數(shù)據(jù)據(jù)平滑算算法等。CAE軟軟件對工工程和產(chǎn)產(chǎn)品的分分析、模模擬能力力，主要要決定于于單元庫庫和材料料庫的豐豐富和完完善程度度，單元元庫所包包含的單單元類型型越多，材料庫庫所包括括的材料料特性種種類越全全，其CCAE軟軟件對工工程或產(chǎn)產(chǎn)品的分分析、仿仿真能力力越強(qiáng)。 一個CCAE軟軟件的計計算效率率和計算算結(jié)果的的精度，主要決決定于解解法庫。先進(jìn)高高效的求求解算法法與常規(guī)規(guī)的求解解算法，在計算算效

53、率上上可能有有幾倍、幾十倍倍，甚至至幾百倍倍的差異異，特別別是在并并行計算算機(jī)環(huán)境境下運(yùn)行行。隨著CAAE軟件件開發(fā)商商對單元元庫，材材料庫和和求解器器的改造造，擴(kuò)充充和完善善，目前前國際上上先進(jìn)的的CAEE軟件，已經(jīng)可可以對工工程和產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行行如下的的性能分分析，預(yù)預(yù)報及運(yùn)運(yùn)行行為為模擬：靜力和擬擬靜力的的線性與與非線性性分析包括括對各種種單一和和復(fù)雜組組合結(jié)構(gòu)構(gòu)的彈性性，彈塑塑性，塑塑性，蠕蠕變，膨膨脹，幾幾何大變變形，大大應(yīng)變，疲勞，斷裂，損傷，以及多多體彈塑塑性接觸觸在內(nèi)的的變形與與應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變分析析。線性與非非線性動動力分析析包括括交變荷荷載，爆爆炸沖擊擊荷載，隨機(jī)地地震荷載載以及各各

54、種運(yùn)動動荷載作作用下的的動力時時程分析析，振動動模態(tài)分分析，諧諧波響應(yīng)應(yīng)分析，隨機(jī)振振動分析析，屈曲曲與穩(wěn)定定性分析析等。靜態(tài)與瞬瞬態(tài)熱分分析包括傳傳導(dǎo)，對對流和輻輻射狀態(tài)態(tài)下的熱熱分析，相變分分析，以以及熱/結(jié)構(gòu)耦耦合分析析。靜態(tài)和交交變態(tài)的的電磁場場和電流流分析包括括電磁場場分析，電流分分析，壓壓電行為為分析以以及電磁磁/結(jié)構(gòu)構(gòu)耦合分分析。流體計算算包括括常規(guī)的的管內(nèi)和和外場的的層流，端流，熱/流流耦合以以及流/固耦合合分析。 聲場與與波的傳傳播計算算包括括靜態(tài)和和動態(tài)聲聲場及噪噪聲計算算，固體體，流體體和空氣氣中波的的傳播分分析等。 前后處處理是近近十多年年發(fā)展最最快的CCAE軟軟件成分

55、分，它們們是CAAE軟件件滿足用用戶需求求，使通通用軟件件專業(yè)化化、屬地地化，并并實(shí)現(xiàn)CCAD、CAMM、CAAPP、PDMM等軟件件無縫集集成的關(guān)關(guān)鍵性軟軟件成分分。它們們是通過過增設(shè)CCAD軟軟件，例例如Prro/EEngiineeer，UUG，SSoliideddge，CATTIA，MDTT等軟件件的接口口數(shù)據(jù)模模塊，實(shí)實(shí)現(xiàn)了CCAD/CAEE的有效效集成。 CAAE通常常指有限限元分析析和機(jī)構(gòu)構(gòu)的運(yùn)動動學(xué)及動動力學(xué)分分析。有有限元分分析可完完成力學(xué)學(xué)分析(線性、非線性性、靜態(tài)態(tài)、動態(tài)態(tài))；場場分析(熱場、電場、磁場等等)；頻頻率響應(yīng)應(yīng)和結(jié)構(gòu)構(gòu)優(yōu)化等等。機(jī)構(gòu)構(gòu)分析能能完成機(jī)機(jī)構(gòu)內(nèi)零零部件

56、的的位移、速度、加速度度和力的的計算，機(jī)構(gòu)的的運(yùn)動模模擬及機(jī)機(jī)構(gòu)參數(shù)數(shù)的優(yōu)化化。2.2.3 CCAE的的作用 （1）增增加設(shè)計計功能，借助計計算機(jī)分分析計算算，確保保產(chǎn)品設(shè)設(shè)計的合合理性，減少設(shè)設(shè)計成本本；（2）縮縮短設(shè)計計和分析析的循環(huán)環(huán)周期； （3）CCAE分分析起到到的“虛擬樣樣機(jī)”作用在在很大程程度上替替代了傳傳統(tǒng)設(shè)計計中資源源消耗極極大的“物理樣樣機(jī)驗(yàn)證證設(shè)計”過程，虛擬樣樣機(jī)作用用能預(yù)測測產(chǎn)品在在整個生生命周期期內(nèi)的可可靠性； （4）采采用優(yōu)化化設(shè)計，找出產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計最佳方方案，降降低材料料的消耗耗或成本本；（5）在在產(chǎn)品制制造或工工程施工工前預(yù)先先發(fā)現(xiàn)潛潛在的問問題； （6）模模

57、擬各種種試驗(yàn)方方案，減減少試驗(yàn)驗(yàn)時間和和經(jīng)費(fèi)；（7）進(jìn)進(jìn)行機(jī)械械事故分分析，查查找事故故原因。 2.3 CAEE的價值值CAE技技術(shù)為汽汽車行業(yè)業(yè)的高速速發(fā)展提提供具有有中心價價值地位位的技術(shù)術(shù)保障，可以為為企業(yè)帶帶來巨大大的技術(shù)術(shù)經(jīng)濟(jì)效效益。在在汽車發(fā)發(fā)展歷史史上，至至今還沒沒有什么么技術(shù)能能與CAAE技術(shù)術(shù)相比，為汽車車企業(yè)帶帶來巨大大的回報報。汽車車行業(yè)是是一個高高速發(fā)展展的行業(yè)業(yè)，其競競爭日趨趨激烈。隨著新新產(chǎn)品推推出的速速度越來來越快， CAAE在汽汽車行業(yè)業(yè)的應(yīng)用用越來越越多，水水平也在在逐步提提高。統(tǒng)計結(jié)果果表明，應(yīng)用 CAEE 技術(shù)術(shù)后，新新車開發(fā)發(fā)期的費(fèi)費(fèi)用占開開發(fā)成本本的比

58、例例從800%990%下下降到 8%12%。例如如：美國國福特汽汽車公司司20000年應(yīng)應(yīng)用CAAE后，其新車車型開發(fā)發(fā)周期從從36個個月降低低到122188個月；開發(fā)后后期設(shè)計計修改率率減少550%；原型車車制造和和試驗(yàn)成成本減少少50%；投資資收益提提高500%。其最大優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是可可以在產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計計初期, 即圖圖紙設(shè)計計階段，通過建建立基本本的計算算機(jī)分析析模型，對所設(shè)設(shè)計的產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行行強(qiáng)度、壽命及及特性預(yù)預(yù)測，從從而指導(dǎo)導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計，使使產(chǎn)品設(shè)設(shè)計指標(biāo)標(biāo)得到保保證，有有效地提提高設(shè)計計產(chǎn)品的的可靠性性, 縮縮短設(shè)計計周期。如汽車車產(chǎn)品采采用傳統(tǒng)統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)計試驗(yàn)校校核的方方法，則則由于結(jié)結(jié)

59、構(gòu)的復(fù)復(fù)雜性，在設(shè)計計過程中中往往無無法知道道局部及及總體強(qiáng)強(qiáng)度等是是否滿足足設(shè)計要要求, 只能靠靠一輪又又一輪的的設(shè)計試試驗(yàn)來改改進(jìn)，需需要很長長的設(shè)計計周期及及很高的的設(shè)計試試制費(fèi)用用，已很很難適應(yīng)應(yīng)市場的的需求。而采用用CAEE技術(shù)，在汽車車概念設(shè)設(shè)計的同同時，進(jìn)進(jìn)行靜態(tài)態(tài)、動態(tài)態(tài)分析，隨著設(shè)設(shè)計圖紙紙的一步步步完善善，汽車車結(jié)構(gòu)的的有限元元模型也也進(jìn)一步步細(xì)化，使分析析計算的的結(jié)果更更趨于準(zhǔn)準(zhǔn)確。這這樣，在在最終圖圖紙完備備后, 就能使使整車的的強(qiáng)度、壽命指指標(biāo)得到到控制，大大地地減少了了樣車的的制作和和試驗(yàn)時時間。CCAE技技術(shù)不但但對汽車車整車或或車身等等大型結(jié)結(jié)構(gòu)的宏宏觀控制制發(fā)

60、揮作作用，對對于解決決汽車局局部強(qiáng)度度問題也也很有效效。在設(shè)計階階段引入入CAEE可以及及早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)錯誤，盡快修修正錯誤誤的目標(biāo)標(biāo)。圖22-2表表示了采采用CAAE技術(shù)術(shù)與不采采用CAAE技術(shù)術(shù)的設(shè)計計、制造造流程對對比情況況。產(chǎn)品設(shè)計（CAD）發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺點(diǎn)不采用CAE技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計、制造流程產(chǎn)品設(shè)計（CAD）產(chǎn)品分析（CAE）產(chǎn)品制造（CAM）發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷采用CAE技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計、制造流程產(chǎn)品制造（CAM）圖2-22 設(shè)計計、制造造流程對對比CAE技技術(shù)的價價值就在在于可以以在產(chǎn)品品設(shè)計初初期，即即圖紙設(shè)設(shè)計階段段，通過過建立基基本的計計算機(jī)分分析模型型，對所所設(shè)計的的產(chǎn)品進(jìn)進(jìn)行強(qiáng)度度、壽命命