李浩強(qiáng) 葉志剛 丁銳 楊佳俊 馬大旺

摘要：針對(duì)目前CAE的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在人們認(rèn)識(shí)不清晰、普及度低等問(wèn)題，提出CAD和CAE的結(jié)合、重視軟件背后的原理及編程等觀點(diǎn)，為推動(dòng)CAE軟件發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù);技術(shù)現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢(shì)

一、引言

CAE是一種能夠清楚的分析模型內(nèi)部的構(gòu)造以及能夠在一些特定的情況研究其主要性能，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中可以了解到一些模型所能用到的一些檢測(cè)方法，其中這些檢測(cè)就是關(guān)于在一個(gè)密閉空間里會(huì)有什么因素去影響這個(gè)模型所在的這個(gè)空間，以及影響因素是如何對(duì)模型進(jìn)行影響等等進(jìn)行分析。CAE能夠分析許多方面的因素，因此CAE是一種能夠分析在某種程度上物體所受到的各個(gè)因素對(duì)其影響的程度大小。

二、基本概念

由于對(duì)CAE的了解不是太多，僅能從所接觸的課程談一下對(duì)CAE的了解和看法，由課程可以得出，CAE能夠模擬一些特定場(chǎng)景，然后在特定的場(chǎng)景里去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，其中來(lái)自外界的因素包括壓力，壓強(qiáng)，溫度，氣流，氣體，這些可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生影響，通過(guò)CAE對(duì)產(chǎn)品性能的測(cè)試和分析，模擬狀態(tài)，明確影響產(chǎn)品的主要性能之后，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)行改進(jìn)和完善，由此可以看出對(duì)于CAE的研究十分必要，它可以減少對(duì)不知道具體情況的物體給予一個(gè)模擬形態(tài)進(jìn)行研究，能夠發(fā)現(xiàn)其中存在的問(wèn)題，然后進(jìn)行改進(jìn)。

三、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（一）CAE軟件的發(fā)展與現(xiàn)狀

CAE領(lǐng)域的現(xiàn)狀主要分為三類(lèi)，第一類(lèi)是在校科研人員，主要由學(xué)生組成，第二類(lèi)是工程師專(zhuān)業(yè)的從業(yè)人員，長(zhǎng)期進(jìn)行CAE工作的工作者，第三類(lèi)是CAE軟件開(kāi)發(fā)公司人員，對(duì)于學(xué)生以及工作的工作人員，人數(shù)相對(duì)較少，但是CAE的需求是比較大的，總體來(lái)說(shuō)。目前的CAE應(yīng)用水平是越來(lái)越高，涉及的領(lǐng)域也是非常廣泛。目前CAE的發(fā)展現(xiàn)狀存在很多的問(wèn)題，現(xiàn)在作為CAE來(lái)說(shuō)。并不是一個(gè)普及的軟件，社會(huì)上對(duì)于模型研究涉及較少。其次在軟件的運(yùn)行和分析結(jié)果方面，對(duì)于一些產(chǎn)品的模擬和分析存在一些誤差，目前不是能夠得到很好的解決。其中CAE也存在一些問(wèn)題，在一些高等院校里，CAE作為一個(gè)重要課程被廣泛授課，因?yàn)镃AE可以進(jìn)行很多分析。既可以作為實(shí)驗(yàn)方法，又可以做理論依據(jù)，最大的優(yōu)勢(shì)是可以進(jìn)行仿真模擬。目前社會(huì)上需要大量的CAE技術(shù)人才，因此在CAE方面會(huì)出現(xiàn)很多需求，因此本科學(xué)院，專(zhuān)科院校都進(jìn)行CAE課程教學(xué)。目的就是為了培養(yǎng)出人才，對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行大量深入研究。因?yàn)镃AE技術(shù)具有很大的發(fā)展前途，主要因?yàn)樗谋憬菪砸约肮δ苄?，以后也?huì)成為很多工作崗位所需要的必不可少的研究工具，而目前的發(fā)展現(xiàn)狀就是高校主要用于對(duì)產(chǎn)品的模擬。找到其中所存在的缺點(diǎn)，缺陷，僅存在一個(gè)淺顯的層次。中國(guó)的CAE技術(shù)相對(duì)于國(guó)際上是落后的，但并不能代表以后的發(fā)展，大部分人在這方面會(huì)遇到一個(gè)難題，就是它的歷史發(fā)展并不是特別好，在一些領(lǐng)域研究上面存在很大的難題，CAE目前已經(jīng)深入到了各個(gè)行業(yè)，在各個(gè)行業(yè)里面也是必不可少的研究工具。但是這種現(xiàn)象會(huì)被排斥，因?yàn)閷?duì)于CAE來(lái)說(shuō)深入研究是非常困難的，其次軟件的更新?lián)Q代非常迅速。隨著對(duì)于產(chǎn)品的研究和發(fā)展，CAE的技術(shù)要求也得提高。對(duì)于CAE的發(fā)展將會(huì)起到很大的好處，目前社會(huì)上對(duì)于CAE的整體研究是比較少的，大部分人僅僅懂得用這個(gè)軟件，但不能進(jìn)行開(kāi)發(fā)或者是進(jìn)行深入研究。這就形成了一個(gè)只會(huì)用而不會(huì)創(chuàng)新的問(wèn)題，缺少創(chuàng)新，這就會(huì)使得CAE的發(fā)展變得比較緩慢，目前社會(huì)上各個(gè)方面都需要進(jìn)行CAE的研究。對(duì)于高校研究所還有一些公司，都在這方面進(jìn)行加強(qiáng)學(xué)習(xí)。CAE在國(guó)內(nèi)的情況來(lái)看，認(rèn)為CAE的就是一個(gè)網(wǎng)格，電腦上能夠做出動(dòng)畫(huà)，因?yàn)闆](méi)能夠去真正了解CAE的存在，所以存在這樣的認(rèn)知誤區(qū)。CAE軟件的核心是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言而程序用戶(hù)界面系統(tǒng)僅僅使得CAE工作變成了窗口操作，其次，如果說(shuō)劃分網(wǎng)格分析計(jì)算是小學(xué)學(xué)歷，學(xué)會(huì)優(yōu)化頂多算初中生，但如果熟悉編程，那就是大學(xué)畢業(yè)。因?yàn)楸救怂f(shuō)的編程不僅僅是“Hello World”，更重要的是程序后面的力學(xué)原理，很可惜，估計(jì)一百個(gè)人里也沒(méi)有一個(gè)能熟練編程又精通有限元原理。但就算只是簡(jiǎn)單掌握某種可以和CAE軟件接口的計(jì)算程序，就可以做CAE軟件開(kāi)發(fā)、二次開(kāi)發(fā)、軟件對(duì)接、提高計(jì)算效率……所以國(guó)內(nèi)的CAE現(xiàn)狀還是比較堪憂(yōu)的，CAE仿真的目的主要是通過(guò)模擬現(xiàn)實(shí)中的一些主要場(chǎng)景來(lái)降低實(shí)驗(yàn)的成本。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品所存在的問(wèn)題。然后進(jìn)行問(wèn)題的分析，這種方法可以減少成本。增加效率，通過(guò)CAE可以使一些問(wèn)題得到相應(yīng)的改善，目前CAE仿真的目的是反應(yīng)真實(shí)物理意義的模型。

（二）發(fā)展趨勢(shì)

在某些成熟領(lǐng)域作用非常大，以前從事汽車(chē)CAE，對(duì)CAE具有指導(dǎo)意義和發(fā)言權(quán)，目前重工農(nóng)機(jī)行業(yè)，作用很局限，主要產(chǎn)品差別大，分析類(lèi)型單一，應(yīng)用水平偏低。所以，CAE的發(fā)展和前景要區(qū)分行業(yè)，但仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)該是機(jī)械設(shè)計(jì)未來(lái)的必然趨勢(shì)。CAE方法及CAE工具必然會(huì)發(fā)生變化，使用網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算的有限元方法只是CAE分析方法的一種， 除此之外還有邊界元，EFG，SPH，有限體積等很多不用畫(huà)網(wǎng)格就能進(jìn)行分析計(jì)算的方法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，適用的范圍也不同，當(dāng)這些無(wú)網(wǎng)格方法克服了一些自身缺陷，就有機(jī)會(huì)大規(guī)模使用。未來(lái)的CAE軟件勢(shì)必會(huì)越來(lái)越人性化，易用性也會(huì)越來(lái)越好，不過(guò)由于CAE分析對(duì)現(xiàn)實(shí)模型做了大量簡(jiǎn)化和假設(shè)，具體到某個(gè)問(wèn)題中如何簡(jiǎn)化，使用何種參數(shù)這些都需要大量的經(jīng)驗(yàn)，這些暫時(shí)還都是計(jì)算機(jī)難以自動(dòng)處理的，所以可以知道CAE軟件會(huì)有一定程度的傻瓜化，但是作為一個(gè)合格的CAE工程師，依舊需要深厚的理論和豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。從目前等幾何分析的發(fā)展熱度來(lái)看，將CAD中用于表達(dá)幾何模型的NURBS基函數(shù)作為形函數(shù)，克服FEA中模型精度損失的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)CAD和CAE的無(wú)縫結(jié)合，是一個(gè)很有前途和潛力的發(fā)展方向。

結(jié)語(yǔ)

CAE作為一種很重要的技術(shù)，當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)習(xí)和了解，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)具有很大的作用。對(duì)于CAE技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)抱有敬畏之心，沉下心來(lái)，去學(xué)習(xí)、實(shí)踐，在項(xiàng)目中積累實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，而不是人云亦云，要擁有自己的創(chuàng)新;其次，要對(duì)一些企業(yè)的人員分布進(jìn)行管理，盡量使一些企業(yè)能夠得到充分的幫助，幫助他們進(jìn)行各種方面的進(jìn)步。國(guó)家需要自主創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，提高工業(yè)的設(shè)計(jì)和對(duì)模型的分析，以達(dá)到減少設(shè)計(jì)的時(shí)長(zhǎng)來(lái)提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)家CAE的應(yīng)用和普及。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 姜蘭蘭. CAE技術(shù)在制造業(yè)中的發(fā)展[J]. 卷宗， 2013（7）：228-228.

作者簡(jiǎn)介：

李浩強(qiáng)，葉志剛，丁銳，楊佳俊，馬大旺，安徽信息工程學(xué)院。