CAE技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢研究

李浩強 葉志剛 丁銳 楊佳俊 馬大旺

摘要：針對目前CAE的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)存在人們認識不清晰、普及度低等問題，提出CAD和CAE的結(jié)合、重視軟件背后的原理及編程等觀點，為推動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

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，在學習的過程中可以了解到一些模型所能用到的一些檢測方法，其中這些檢測就是關(guān)于在一個密閉空間里會有什么因素去影響這個模型所在的這個空間，以及影響因素是如何對模型進行影響等等進行分析。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因素對其影響的程度大小。

二、基本概念

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

三、技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

（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，第一類是在校科研人員，主要由學生組成，第二類是工程師專業(yè)的從業(yè)人員，長期進行CAE工作的工作者，第三類是CAE軟件開發(fā)公司人員，對于學生以及工作的工作人員，人數(shù)相對較少，但是CAE的需求是比較大的，總體來說。目前的CAE應(yīng)用水平是越來越高，涉及的領(lǐng)域也是非常廣泛。目前CAE的發(fā)展現(xiàn)狀存在很多的問題，現(xiàn)在作為CAE來說。并不是一個普及的軟件，社會上對于模型研究涉及較少。其次在軟件的運行和分析結(jié)果方面，對于一些產(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也存在一些問題，在一些高等院校里，CAE作為一個重要課程被廣泛授課，因為CAE可以進行很多分析。既可以作為實驗方法，又可以做理論依據(jù)，最大的優(yōu)勢是可以進行仿真模擬。目前社會上需要大量的CAE技術(shù)人才，因此在CAE方面會出現(xiàn)很多需求，因此本科學院，?？圃盒６歼M行CAE課程教學。目的就是為了培養(yǎng)出人才，對該領(lǐng)域進行大量深入研究。因為CAE技術(shù)具有很大的發(fā)展前途，主要因為它的便捷性以及功能性，以后也會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產(chǎn)品的模擬。找到其中所存在的缺點，缺陷，僅存在一個淺顯的層次。中國的CAE技術(shù)相對于國際上是落后的，但并不能代表以后的發(fā)展，大部分人在這方面會遇到一個難題，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)深入到了各個行業(yè)，在各個行業(yè)里面也是必不可少的研究工具。但是這種現(xiàn)象會被排斥，因為對于CAE來說深入研究是非常困難的，其次軟件的更新?lián)Q代非常迅速。隨著對于產(chǎn)品的研究和發(fā)展，CAE的技術(shù)要求也得提高。對于CAE的發(fā)展將會起到很大的好處，目前社會上對于CAE的整體研究是比較少的，大部分人僅僅懂得用這個軟件，但不能進行開發(fā)或者是進行深入研究。這就形成了一個只會用而不會創(chuàng)新的問題，缺少創(chuàng)新，這就會使得CAE的發(fā)展變得比較緩慢，目前社會上各個方面都需要進行CAE的研究。對于高校研究所還有一些公司，都在這方面進行加強學習。CAE在國內(nèi)的情況來看，認為CAE的就是一個網(wǎng)格，電腦上能夠做出動畫，因為沒能夠去真正了解CAE的存在，所以存在這樣的認知誤區(qū)。CAE軟件的核心是計算機語言而程序用戶界面系統(tǒng)僅僅使得CAE工作變成了窗口操作，其次，如果說劃分網(wǎng)格分析計算是小學學歷，學會優(yōu)化頂多算初中生，但如果熟悉編程，那就是大學畢業(yè)。因為本人所說的編程不僅僅是“Hello World”，更重要的是程序后面的力學原理，很可惜，估計一百個人里也沒有一個能熟練編程又精通有限元原理。但就算只是簡單掌握某種可以和CAE軟件接口的計算程序，就可以做CAE軟件開發(fā)、二次開發(fā)、軟件對接、提高計算效率……所以國內(nèi)的CAE現(xiàn)狀還是比較堪憂的，CAE仿真的目的主要是通過模擬現(xiàn)實中的一些主要場景來降低實驗的成本。通過模擬發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品所存在的問題。然后進行問題的分析，這種方法可以減少成本。增加效率，通過CAE可以使一些問題得到相應(yīng)的改善，目前CAE仿真的目的是反應(yīng)真實物理意義的模型。

（二）發(fā)展趨勢

在某些成熟領(lǐng)域作用非常大，以前從事汽車CAE，對CAE具有指導(dǎo)意義和發(fā)言權(quán)，目前重工農(nóng)機行業(yè)，作用很局限，主要產(chǎn)品差別大，分析類型單一，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)動設(shè)計應(yīng)該是機械設(shè)計未來的必然趨勢。CAE方法及CAE工具必然會發(fā)生變化，使用網(wǎng)格進行計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網(wǎng)格就能進行分析計算的方法，這些方法各有優(yōu)缺點，適用的范圍也不同，當這些無網(wǎng)格方法克服了一些自身缺陷，就有機會大規(guī)模使用。未來的CAE軟件勢必會越來越人性化，易用性也會越來越好，不過由于CAE分析對現(xiàn)實模型做了大量簡化和假設(shè)，具體到某個問題中如何簡化，使用何種參數(shù)這些都需要大量的經(jīng)驗，這些暫時還都是計算機難以自動處理的，所以可以知道CAE軟件會有一定程度的傻瓜化，但是作為一個合格的CAE工程師，依舊需要深厚的理論和豐富的項目經(jīng)驗。從目前等幾何分析的發(fā)展熱度來看，將CAD中用于表達幾何模型的NURBS基函數(shù)作為形函數(shù)，克服FEA中模型精度損失的問題，實現(xiàn)CAD和CAE的無縫結(jié)合，是一個很有前途和潛力的發(fā)展方向。

結(jié)語

CAE作為一種很重要的技術(shù)，當代大學生應(yīng)該加強學習和了解，對國家經(jīng)濟具有很大的作用。對于CAE技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)抱有敬畏之心，沉下心來，去學習、實踐，在項目中積累實際的應(yīng)用經(jīng)驗，而不是人云亦云，要擁有自己的創(chuàng)新;其次，要對一些企業(yè)的人員分布進行管理，盡量使一些企業(yè)能夠得到充分的幫助，幫助他們進行各種方面的進步。國家需要自主創(chuàng)新，掌握核心技術(shù)，提高工業(yè)的設(shè)計和對模型的分析，以達到減少設(shè)計的時長來提高產(chǎn)品的競爭和企業(yè)的競爭，進而推動國家CAE的應(yīng)用和普及。

參考文獻：

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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.

作者簡介：

李浩強，葉志剛，丁銳，楊佳俊，馬大旺，安徽信息工程學院。