何春俐

（黑龍江省佳木斯大學附屬第二醫(yī)院，黑龍江 佳木斯 154002）

0 引 言

CAE（計算機輔助工程）的特點是以工程和科學問題為背景，建立計算模型并進行計算機仿真分析。一方面，計算機輔助分析使大量繁雜的工程分析問題簡單化，使復雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平重復的工作，使工程分析更快、更準確；另一方面，CAE技術的應用，使許多過去受條件限制無法分析的復雜問題，通過計算機數值模擬得到滿意的解答。在產品的設計、分析、新產品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用，同時CAE這一新興的數值模擬分析技術在國外得到了迅猛發(fā)展，技術的發(fā)展又推動了許多相關的基礎學科和應用科學的進步[1]。

1 CA E技術概述

計算機輔助工程CAE(Computer Aided Engineer?ing)，泛指包括分析、計算和仿真在內的一切研發(fā)活動。傳統的CAE主要是指工程設計中的分析計算和分析仿真，其核心是基于計算力學的有限元分析技術。制造工程協會SAE將計算機輔助工程(CAE)作為CIM技術構成進行如下定義：分析設計和進行運行仿真，以決定它的性能特征和對設計規(guī)則的遵循程度[2]。

CAE技術是計算機技術和工程分析技術相結合形成的新興技術，CAE軟件是由計算力學、數字仿真技術、計算數學、結構動力學、工程管理學與計算機技術相結合，而形成一種綜合性、知識密集型信息產品。在近20年來市場需求的推動下，CAE技術有了長足的發(fā)展，它作為一項跨學科的數值模擬分析技術，不斷地受到科技界和工程界的重視。21世紀，隨著計算機技術向更高速和更小型化的發(fā)展，分析軟件的不斷開發(fā)和完善以及網絡通訊的普及，CAE技術的應用將越來越廣泛并成為衡量一個國家科學技術水平和工業(yè)現代化程度的重要標志。

2 CA E技術的應用

2.1 汽車制造業(yè)中的應用

CAE在汽車設計行業(yè)中的應用最多的。車身方面，可進行車身結構動態(tài)、靜態(tài)有限元分析，車身外型空氣動力學計算機模擬，車身噪聲分析；發(fā)動機方面可進行其性能的計算機估計，燃燒過程的計算機模擬，冷卻、傳熱的有限元分析、缸體等結構的有限元強度分析；在底盤方面，可進行車架有限元分析，懸架機構有限元分析，變速器、傳動軸及車橋等結構強度的有限元分析；整車方面，可進行汽車平順性，操縱穩(wěn)定性的計算機模擬及撞車的有限元模擬。通過采用CAE技術，極大地縮短了產品的研制周期，減少了開發(fā)費用，而且也有利于通過優(yōu)化等手段開發(fā)出性能更為優(yōu)越的汽車整車和零部件。

2.2 飛機制造業(yè)中的應用

采用CAE技術以后，可以在設計階段就通過仿真系統模擬飛機的性能，從而在設計階段就可以對方案進行優(yōu)化，其計算數據也可以用來指導試驗，大大節(jié)約了研發(fā)的周期和成本。

2.3 模具制造行業(yè)中的應用

在模具設計工序中進行CAE是為了尋求在沖壓加工中常常發(fā)生的不良變形、開裂、起皺等的解決對策，同時通過CAE的有限元法分析模具工作面周圍的結構，減輕模具結構的總重量，增加剛性分析沖壓過程中模具各部的發(fā)熱情況以便于模架結構設計時合理分布冷卻水管，延長模具耐用度。分析注塑模的注塑過程的材料流動情況使材料流動更合理，更好解決材料收縮的問題；分析三維圖形數據是否正確，核對圖形，分析曲面形狀的曲率變化情況，把分析的結果反饋給CAD階段使之外觀更美觀、工件更容易成形[3]。

2.4 板材加工成型中的應用

板料成形從力學角度而言，是一個包括幾何、材料、邊界等強非線性問題的、非常復雜的力學過程，以往人們求解多以解析法實現其誤差甚大。近年來，板料成形的計算機模擬和分析在產品設計制造中發(fā)揮著越來越重要的作用。其中主要涉及單元技術及網格劃分、本構關系、算法的選擇、接觸缺陷處理等關鍵技術以及仿真與集成等應用方法。

2.5 其他行業(yè)中的應用

隨著CAE技術的不斷成熟和CAE軟件向高性能方面的發(fā)展，CAE技術的應用范圍不斷擴大，不僅在機械制造業(yè)得到了廣泛的使用，在其他領域，如生物醫(yī)學、冶金、建筑橋梁、電子產品制造以及日用消費品的制造中都得到了應用。著名體育用品廠商耐克公司，在高級旅游鞋的受力結構研究設計中，就是采用有限元分析技術在保證鞋體受力均衡的前提下，取得了鞋的最理想重量。

3 CA E技術的發(fā)展趨勢

1）設計數據、設計模型、專家經驗的過程化、修改/升級模板和通用化。以進一步改善和提高設計效率。

2）創(chuàng)建大規(guī)模漸進結構的設計平臺，以減少或避免產品開發(fā)和設計過程的中斷，保證過程延續(xù)性。

3）降低對不同的個別的CAE工具軟件的依賴性，提供零文本編輯的用戶界面，加上智能化，以最大程度方便各種水平的用戶。

4）CAE軟件面向對象的工程數據庫及其管理系統，高性能價格比的大容量存貯器及其高速存取技術在迅速發(fā)展，PC機的硬盤容量很快將有GB量級達到TB量級，用戶將要求更多的計算模型、標準規(guī)范、設計方案和知識性信息納入CAE軟件的數據庫中，這必將推動CAE軟件數據庫及其數據管理技術的發(fā)展，高性能的面向對象的工程數據庫及其管理系統將會出現在新一代的CAE軟件中[4]。

4 結 語

隨著計算機技術的發(fā)展，CAE技術獲得越來越廣泛的應用，這不僅能夠有效地改變設計思想和方法，提高設計能力和技術創(chuàng)新能力，還可以大大降低實驗費用，提高效率。

[1] 孫東印,司建明,李郁.綜述CAE技術的發(fā)展和應用[J].現代制造技術與裝備,2011(2):25-27.

[2] 張樹桐.淺談計算機輔助工程（CAE）的發(fā)展及應用[J].科技傳播,2010(16):232-233.

[3] 梅飛.計算機輔助工程技術發(fā)展及應用綜述[J].滁州學院學報,2007(5):45-47.

[4] 姚偉.淺談CAE技術現狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新導報,2011(27):17.