cae降低培训课件

降低技术培训课件CAE第一章技术概述与重要性CAE计算机辅助工程（）定义发展历程降低技术的战略意义CAE CAE计算机辅助工程是利用计算机技术对产品的从20世纪60年代初期的简单应力分析，发功能、性能、可靠性等进行分析和模拟的过展至今的多物理场耦合仿真，CAE技术已成程，通过数字化手段验证设计方案的可行性为现代工程设计不可或缺的环节与优劣技术的三大核心模块CAE计算机辅助制造（）CAM计算机辅助工程分析（）CAE计算机辅助设计（）CAD利用数值分析方法（如有限元分析）模拟产品在实际工况下的性能表现，预测设计结果通过数字化手段创建产品的几何模型，提供设计基础，是CAE分析的前提和起点工作流程示意图CAE设计建模创建几何模型，定义材料属性和初始参数网格划分将连续体离散化为有限元网格仿真分析定义边界条件，执行求解计算结果分析与优化第一章小结是现代工程设计的基石CAE在当今高度竞争的市场环境中，CAE技术已从辅助工具转变为产品研发降低技术作为CAE应用的关键策略，通过科学合理的简化方法，在保证的核心环节，直接影响产品质量、开发周期和成本控制分析精度的前提下提高计算效率，是工程师必须掌握的核心技能第二章降低的基本原理CAE降低的定义常用降低策略分类降低技术是指在保证工程分析精度的前•模型简化去除非关键几何特征提下，通过合理简化模型、优化计算方•网格优化合理配置网格密度分布法，减少计算复杂度与资源消耗的过•边界条件合理化简化载荷与约束程•求解器参数优化调整迭代精度要求目标在可接受的精度误差范围内，最大限度缩短仿真时间，提高设计迭代效率，降低计算资源消耗模型简化技术详解123去除非关键细节采用对称性简化组件合并与替代小型倒角、孔洞和非承载特征通常对整体性利用结构和载荷的对称性，仅分析部分模将复杂组件替换为等效模型，保留关键力学能影响有限，可适当简化或完全移除型，大幅降低计算规模特性•去除直径小于主尺寸1/10的小孔•平面对称减少50%计算量•将紧固件简化为弹簧或刚性连接•移除非应力集中区域的倒角和圆角•双平面对称减少75%计算量•复杂机构简化为等效刚度模型•忽略表面细微纹理和装饰特征•轴对称将3D问题简化为2D问题网格划分优化网格密度与计算精度的权衡网格密度直接影响计算精度和资源消耗，需根据分析目标合理配置•关键区域（应力集中、形变大）采用细密网格•非关键区域使用粗网格•相邻区域网格密度过渡平滑，避免数值奇异自适应网格技术边界条件与载荷简化1合理简化载荷工况将复杂载荷简化为等效力系•分布载荷简化为等效集中力•时变载荷简化为关键时刻静态载荷•随机载荷转化为确定性设计载荷2边界条件的合理假设简化约束条件，保留主要影响•复杂接触转化为绑定或弹簧连接•局部支撑简化为理想约束•移除冗余约束，避免过约束3多工况合并分析识别关键工况，减少分析场景•识别包络工况，覆盖最不利情况•合并相似工况，减少计算次数网格划分前后对比图优化前优化后•网格单元数124,568•网格单元数45,321（减少

63.6%）•节点数187,932•节点数68,745（减少

63.4%）•计算时间

4.5小时•计算时间

1.2小时（减少

73.3%）•存储空间

2.8GB•存储空间

0.9GB（减少

67.9%）第二章小结精度与效率平衡策略选择关键降低技术的核心在于在可接受的精度损失范围根据分析目标和关注指标，选择最适合的降低策内，最大化提升计算效率，而非盲目追求简化略，避免不必要的简化或保留经验判断重要验证必不可少任何降低措施都需通过对比验证其有效性，确保简化不会导致结果严重失真第三章降低技术的应用案例CAE汽车结构轻量化航空航天部件热机械设备振动模设计分析态简化通过合理的模型简化和网采用多区域网格技术和子通过合理的模态简化和频格优化，在保证碰撞性能模型方法，优化航空发动率筛选，加速大型机械设的前提下实现车身结构轻机高温部件的热应力分备的振动特性分析，减少量化，降低分析周期和成析，提高计算效率计算资源需求本案例一汽车车身结构优化项目背景降低策略某汽车制造商需要评估新型车身结构•移除内饰、附件等非承载组件在多种碰撞工况下的性能表现，传统•简化小型连接件为等效约束全模型分析耗时长、资源消耗大•利用对称性简化侧面碰撞分析•关键变形区域保持细密网格效果分析•计算时间减少30%•存储空间节省45%•应力分析误差控制在5%以内案例二航空发动机热传导分析项目挑战航空发动机高温部件在复杂工况下的热应力分析，完整模型包含数百万网格单元，计算资源需求极高降低方法•采用多区域网格划分技术，高温区域网格细化•远场组件简化为等效热边界条件•非关键冷却通道几何简化•利用子模型技术局部细化分析实施效果案例三机械振动模态分析项目概述大型工业泵的振动特性分析，需评估多种工况下的振动模态，识别潜在共振风险降低技术应用•简化非结构承载组件为质量点•降低高频模态计算精度要求•合并相似工况，减少分析场景•筛选关键模态，忽略非主要振型分析成果•模态计算数量减少50%•分析周期缩短65%•成功识别全部关键共振频率案例对比图表第三章小结降低技术在多行业均有显著效果从汽车到航空航天，从机械设备到电子产品，CAE降低技术已在各行业证明其价值，成为提升分析效率的关键手段关键成功因素实践中的灵活应用•明确分析目标和关注指标降低技术不是固定公式，而是需要根据具体工况、分析目标和资源限制灵活应用的方法论工程师需结合专业知识和经验，制定最适合的降低•针对特定问题选择适当降低策略策略•保留关键区域细节，简化次要区域•通过对比验证确保结果可靠性第四章降低技术工具与软件支持CAEANSYS AbaqusSiemens NX提供SpaceClaim直接建模工具，支持快速提供丰富的子模型技术和多尺度分析功能；集成CAD/CAE环境，支持参数化简化；智几何简化；Mechanical中的网格控制功能强支持接触简化和约束等效；具有强大的网格能网格生成工具；提供自动化脚本简化流大；支持子模型和载荷简化控制能力程中的降低技术ANSYS模型简化模块ANSYS SpaceClaim提供专用的几何简化功能•Shrinkwrap工具自动移除小特征•Midsurface功能将薄壁结构转换为面模型•Beam Creation快速创建梁模型替代实体•Defeaturing工具识别并移除非关键特征网格自适应功能ANSYS Mechanical提供多种网格控制选项•网格尺寸函数控制局部密度•自适应网格技术基于结果自动细化降低策略Abaqus子模型技术载荷与边界条件简化Abaqus支持全局-局部分析策略丰富的约束简化工具•全局模型采用粗网格快速分析•MPC约束实现复杂连接简化•关键区域提取子模型细化分析•Coupling功能实现载荷分布•通过边界驱动实现模型联动•Connector元素替代详细连接•支持静态、动态和热分析子模型•等效刚度矩阵替代复杂组件网格划分优化网格控制与优化插件•网格收敛分析自动工具•混合单元类型支持•网格转换区域平滑过渡降低功能Siemens NXCAE智能简化助手NX提供的智能化简化工具•基于特征识别的自动简化•参数化控制简化程度•保留设计意图的几何简化•批量处理多个组件自动网格优化强大的网格生成控制功能设计空间缩减技术•2D-3D混合网格技术NX独特的分析空间优化功能•网格质量自动优化•基于曲率的网格尺寸控制•基于灵敏度分析的模型简化•自动识别低贡献度区域•保留拓扑结构的简化算法软件界面截图示例模型简化操作流程网格控制界面功能

1.导入原始CAD模型•设置全局网格尺寸基准

2.设置简化参数（最小特征尺寸、保留•定义局部加密区域面等）•指定特征边缘网格细化程度

3.执行自动简化命令•设置网格过渡区域平滑参数

4.检查简化结果，必要时手动调整

5.验证简化模型的几何完整性第四章小结软件工具极大提升降低效率软件选择应考虑项目特点工程判断仍不可或缺现代CAE软件提供的自动化降低功能大幅不同CAE软件在降低功能上各有侧重，选尽管软件功能强大，但降低过程中的关键减少了手动操作，提高了模型简化的效率择时应结合项目特点和团队熟悉度某些决策仍需依靠工程师的专业判断软件是和质量掌握这些工具使工程师能够更快复杂分析可能需要多软件协同，发挥各自工具，而非替代专业知识的手段速地应用降低策略优势第五章降低技术实施流程CAE需求分析与目标设定1明确分析目的、关注指标和可接受的精度损失范围，确定降低策略的方向2初步模型建立与基线仿真创建详细模型并进行基准分析，作为降低效果的对比基础降低策略选择与应用3根据目标选择合适的降低方法，包括几何简化、网格优化、边界条件合理化等4验证与精度评估将降低后的结果与基准模型对比，评估误差范围，确保满足精度要求反馈调整与最终优化5降低流程关键点详解明确设计关键区域逐步简化，分阶段验证结合工程经验调整参数降低过程的首要步骤是识别模型中对分析结降低应采用渐进式策略，而非一次性大幅简降低不仅是技术过程，更需要工程判断果有决定性影响的区域化•利用以往项目经验预判简化影响•高应力集中区域•先应用保守的简化，逐步增加简化程度•根据物理本质判断简化合理性•大变形区域•每次简化后进行对比验证•关注边界条件与载荷的物理意义•关键接触界面•记录各阶段简化效果和精度变化•温度梯度大的区域•找到精度与效率的最佳平衡点这些区域应保留较高精度，避免过度简化降低技术常见误区与风险过度简化导致结忽视关键载荷与缺乏充分验证与果失真边界条件对比追求极限计算效率而忽视简化过程中丢失重要工况简化后直接应用结果，未精度要求，导致分析结果信息，使分析条件与实际经过系统性验证就做出设严重偏离实际工况脱节计决策风险缓解风险缓解风险缓解•建立明确的精度验收•载荷简化前进行敏感•建立标准验证流程标准性分析•关键项目进行实验对•关键指标的误差范围•保留决定性边界条件比控制•复杂载荷验证等效性•验证简化对结果敏感度降低失败案例示意图案例背景1某航空部件在简化分析中忽略了局部几何特征，导致应力集中区域未被发现，最终引发实际工作中的结构失效失败原因分析•过度简化几何特征，移除了关键倒角和过渡区2•网格过于粗糙，无法捕捉局部应力集中•边界条件简化不当，忽略了实际约束状态•缺乏与详细模型的对比验证流程经验教训第五章小结严谨流程与科学验证是成功关键CAE降低技术的实施需要系统化流程与方法论支持，而非简单的删减与工程判断在降低过程中的作用不可替代技术工具提供方法，而工程师简化从需求分析到最终验证，每一步都需严谨对待的专业知识和经验则决定了降低的质量与可靠性建立标准化的降低流程和验证标准，可以大幅提高降低技术应用的成功降低技术的价值不仅在于提升计算效率，更在于帮助工程师将有限的资率，降低风险源集中在真正重要的分析环节上降低不是目的，而是为了更高效地解决工程问题的手段结语降低技术的未来趋势CAE辅助自动降低技术多物理场耦合仿真降低云计算与高性能计算AI机器学习算法将通过学习大量降低案例，自动涉及流体-结构、热-机械等多物理场耦合的复随着计算资源的提升，降低技术将向更智能化识别可简化区域并预测简化影响，实现智能化杂仿真，需要开发更智能的降低策略，平衡多方向发展，不仅关注资源节约，更注重分析质降低决策领域精度要求量与效率的整体优化随着技术发展，CAE降低将从手动简化向智能辅助决策转变，帮助工程师更专注于创新设计而非技术细节培训总结与行动呼吁掌握降低技术，提升设持续学习，紧跟技术前沿CAE计竞争力CAE技术发展迅速，新的降低方法和在产品开发周期日益缩短的今天，高工具不断涌现保持学习心态，关注效CAE分析已成为企业核心竞争力领域发展趋势，及时吸收新知识和方掌握降低技术可显著提升设计效率，法，才能保持技术领先为企业带来实质性竞争优势立即应用，推动项目高效成功将所学降低技术立即应用到实际项目中，建立标准化流程，逐步积累经验通过实践检验和完善降低方法，形成适合自身业务特点的最佳实践高效的不仅是技术，CAE更是思维方式。