第五章 CAE

3 应用领域
包括但不限于航空航天、汽车工程、机床制造、数控加工、船舶制造、装配机械制造、 电子电器、模具制造等工业领域。
关于数字化仿真
优势
数字化仿真模拟可以准确的预测实际工程项目的效果，在减少重复测试和时间成本方面也相 对有效。
局限
数字模拟与实际工程相比，可能存在精度和可行性上的偏差，不同领域所需的数字模拟能力 也不同，需要根据具体需求进行使用。
CAE几何建模的挑
设计师需要对各种CAD软件进行 深入了解才能实现建模最佳实践。
新型材料的不断涌现和智能化设 计工具的广泛运用，推动了数字 化设计新技术的发展。
系统集成问题
由于数据来源、格式、系统要求、 数据交换和管理、软件和版权多 种因素影响，系统集成是目前的 一个难题。
《CAE几何建模》PPT课 件
欢迎大家来到《CAE几何建模》课件，本次课件将带你深入了解CAD设计的 核心概念，并探讨CAE几何建模的重要性和应用场景。
什么是CAE几何建模？
1 定义
CAE几何建模是一种基于CAD设计软件制作机械工程零件的方法，主要用于数字化仿真 与分析。
2 重要性
通过CAE几何建模，我们可以快速进行设计验证、优化设计效率，减少制造成本和改善 产品质量。
总结
1 使用CAE几何建模可以实现单一设
计与数字模拟的打通，提高整个工 程设计时的效率。
2 CAE几何建模的发展近几年来,正日
益受到广大用户和厂商的越来越多 的关注与支持。
雕刻式建模
根据3D模型进行雕刻，通过每次缩放和 旋转实现对模型的切割、变形与成形。
CAE几何建模的案例研究
汽车引擎设计
通过对各个部件进行3D建模， 分析热力学特性、强度和可靠 性等。

ppt课件
EI
4
y(x, t) x4

l
2 y(x, t) t 2

f (x,t)
方程含有对空间变量 x 的四阶偏导数和对时间变量 t 的二阶偏导数，求解时必须引入4
个边界条件和2个初始条件。
2. 固有频率和模态函数
讨论梁的自由振动，因此令
f (x,t) 0
得到运动方程
2 x2
5），导出特征方程 4 - 4 =0
4个特征根为 ， i ，对应4个线性独立的解为 e x 和 ei x 。由于
e x =ch x sh x, ei x = cos x i sin x
因此可将方程（5）的通解写成
8
ppt课件
p/k
sin（t-）
(1- 2）2 +（2）2
固有频率和振型
3
ppt课件
• 固有频率：也可称为特征频率、共振频率、主频率。 • 振型：结构在特定频率下的变形称为主振动模态，也可称为振型、特
征型、固有型。 • 每一振型与特定的固有频率有关，这些结果反映结构动力特征，决定
结构怎样对动力载荷做出响应。
1. 动力学方程
5
ppt课件
l (x)dx
2 y t 2

FS
(FS
FS x
dx)
f
( x, t )dx
（1）
不考虑剪切变形和截面转动的影响时，微元体满足力矩平衡条件，
对右截面上任意点取矩，得
（M
+
M x
dx)

M

FS dx

f
( x, t )dx
dx 2

0

CAE的作用和功能结构
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的作用
1、增加设计功能，借助计算机分析计算，确保产品设计的合理性，减少设计成本；
2、缩短设计和分析的循环周期；
3、CAE分析起到的“虚拟样机”作用在很大程度上替代了传统设计中资源消耗极大的“物
4、理样机验证设计”过程，虚拟样机作用能预测产品在整个生命周期内的可靠性；
5、采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本；
6、在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；
7、模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；
8、进行机械事故分析，查找事故原因。

CAE的功能结构
计算机辅助工程计划管理包括工程项目的可行性论证、标书、成本与报价、工程计划进度、各子项工程计划与进度、预决算报告等。

计算机辅助工程设计包括工程的设计指标、工程设计的有关参数及CAD系统，在CAD系统中应强调设计人员的主导作用，同时注重计算机所提供的支撑与帮助，以在
最短的时间内拿出最优的设计方案来。

同时，还要注意设计数据的提取和保存，以使其有效地服务于工程的整个生命周期。

计算机辅助施工管理包括工程进度、工程质量、施工安全、施工现场、施工人员、物料供给等方面的管理、控制和调度。

它涉及到工程管理学、运筹学、统计学、质量控制等科学技术。

工程文档管理是指在一个工程运行过程中将提交的各类文档进行收集管理控制的过程。

实体模型的分网1 单元属性为更好地掌握网格划分，有必要先了解一下单元类型。

单元类型与分析类型、形状特征、计算数据特点、精度要求和计算条件等因素有关。

单元类型是否选择合理，单元特征是否定义正确，对计算结果都将产生很大影响。

经典ANSYS的结构有限元分析中，主要有以下单元类型：平面应力单元平面应变单元轴对称实体单元空间实体单元板单元壳单元轴对称壳单元杆单元梁单元弹簧单元接触单元刚体单元按照不同的分类方法，上述单元可分为以下不同形式。

1）根据网格的维数特征，单元可以分为一维单元、二维单元和三维单元。

一维单元的网格为一条直线或曲线。

如杆单元、梁单元、轴对称壳单元等都属于一维单元。

二维单元的网格是一个平面或曲面，它没有厚度方向的尺寸。

如平面单元、轴对称实体单元、板单元、壳单元等。

二维单元的形状通常有三角形、四边形两种。

三维单元的网格具有空间三个方向的尺寸，其形状有四面体、五面体和六面体，这类型单元包括空间实体单元、厚壳单元等。

2）根据单元插值函数完整多项式的最高阶次数的多少，单元可以分为线性单元、二次单元和三次单元。

线性单元具有线性形式的差值函数，其优点是节点数少，在精度要求不高或结果数据梯度不大的场合使用。

二次单元的差值函数是二次多项式，其优点是几何和物理离散精度都较高，单元内位移呈二次变化，应力呈线性变化，因此单元边界上的应力是连续的。

但其节点数比线性单元多，模型规模大。

三次单元的差值函数是三次多项式，其离散精度更高，但由于单元节点数较多，模型规模很大，一般用于具有特殊精度要求的场合。

3）根据有限元分析的类型不同，单元可以分为位移单元和温度单元，电磁场单元及塑料单元等。

在workbench进行实体分析时主要是利用四面体单元和六面体单元。

四面体单元的边界适应能力较强，可以用于具有复杂边界曲面的不规则结构的分网。

六面体单元如图所示，多用于形状较规则的结构。

2 网格划分2.1划分网格时一般要考虑一下原则。

1)网格数量网格数量主要影响结果精度和计算规模。