CAE軟件市場的應(yīng)用現(xiàn)狀

2016-11-11 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

作為20世紀(jì)中期興起的技術(shù)手段,有限元技術(shù)隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,得到了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。基于有限元技術(shù),已經(jīng)在國際上形成了數(shù)百億規(guī)模的市場,而主要的有限元廠商則包括了ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS和MSC等,其他一些基于有限元算法的專業(yè)分析軟件則不勝枚舉。且數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計的概念逐漸深入人心,國內(nèi)高校技術(shù)研究和應(yīng)用水平不斷提高,有限元技術(shù)已經(jīng)為廣大企業(yè)所認(rèn)可,第三次有限元技術(shù)的應(yīng)用浪潮正在形成。值得注意的是,有限元技術(shù)不再僅僅停留在高校中,而是更多的走向了企業(yè)。同時,更多使用方便、操作簡單的專用CAE產(chǎn)品軟件也得到了廣泛應(yīng)用。

二、應(yīng)用狀況

目前,CAE產(chǎn)品軟件在國內(nèi)主要應(yīng)用于汽車、電子、航空航天、土木工程、石油等行業(yè),在汽車行業(yè)的應(yīng)用尤為廣泛。軟件的類型主要包括通用前后處理軟件、通用有限元求解軟件和行業(yè)專用軟件。汽車行業(yè)在國外是有限元軟件的主要應(yīng)用行業(yè),其所涉及的專業(yè)領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,并且應(yīng)用歷史長、應(yīng)用成熟度高。

國內(nèi)常見的前后處理軟件包括Altair公司的HyperMesh、EDS公司的FEMAP和MSC公司的Patran,這些軟件在美國的汽車廠商中都有著廣泛的應(yīng)用。由于有限元技術(shù)的特點,使得前處理成為了一個相對獨立,而又十分重要的部分。一些大型企業(yè)都采用了適應(yīng)自己需求的前后處理軟件。這些前后處理軟件都具有良好的接口,可與眾多的有限元求解軟件相結(jié)合,以便用戶更快、更方便地解算問題。

求解CAE產(chǎn)品軟件可以說是琳瑯滿目,通常的求解軟件包括:ABAQUS、ADINA、ALGOR、ANSYS、Cosmos、MSC/NASTRAN、MSC/MARC、NEI/NASTRAN。這些軟件都有著各自的特點,在行業(yè)內(nèi),一般將其分為線性分析軟件和非線性軟件,例如ANSYS、ALGOR都在線性分析方面具有自己的優(yōu)勢,而ABAQUS、NASTRAN、ADINA、MARC則在非線性分析方面各具特點,其中ABAQUS被認(rèn)為是最優(yōu)秀的非線性求解軟件。

近年來,分析軟件正朝著多物理場的方向發(fā)展。大家可以通過業(yè)內(nèi)一些公司的舉動感受到這一點,例如,ANSYS公司收購CFX流體軟件,并加強(qiáng)與EMSS公司的合作,不斷加強(qiáng)其多物理場耦合的功能。在這里需要提到的是,由于歷史原因,ALGOR繼承了SAP的模塊化思想,在多物理場分析方面也有很好的應(yīng)用;同源于SAP的ADINA在流固耦合上則非常有特色。由于解算多物理場問題更多是從物理方程出發(fā),因此另外還有一些軟件在這方面有著良好的應(yīng)用,比如MathWorks公司在數(shù)值計算軟件MATLAB基礎(chǔ)上發(fā)展起來的FEMLAB,又如國內(nèi)飛箭公司針對微分方程的FEPG系統(tǒng)。

在板材成型行業(yè)里,有AUTOFORM系列軟件,該軟件單元架構(gòu)基于膜單元形式,因此其運(yùn)算速度在同行業(yè)內(nèi)相對較快。MSC/DYTRAN,其特有的材料流動性分析可直觀地預(yù)測出沖壓件厚度及應(yīng)力分布、開裂和皺褶的形成等。另外,來自ETA公司的DYNAFORM可以預(yù)測成形過程中板料的破裂、起皺、減薄、劃痕和回彈,評估板料的成形性能,從而為板料成形工藝及模具設(shè)計提供幫助。由于這一類分析工作與模具設(shè)計有著非常大的關(guān)聯(lián),因此以上這些軟件都注重與CAD軟件的接口,基本都與流行的三維設(shè)計軟件CATIA、Pro/ENGINEER和UG有著良好的接口,軟件的使用操作也都比較方便。

另外,在汽車行業(yè)應(yīng)用中,經(jīng)常要對整車進(jìn)行機(jī)械動力學(xué)仿真,在這一領(lǐng)域中,國內(nèi)常見的軟件有MSC/ADAMS。其被廣泛用來進(jìn)行汽車操縱穩(wěn)定性、汽車行駛平順性的動態(tài)仿真。ADAMS中的TIRE模塊提供若干種輪胎模型供分析時選用,以準(zhǔn)確地建立輪胎的動力學(xué)模型。ADAMS中的CAR模塊專為汽車動力學(xué)仿真而設(shè)計,使用十分方便。另外在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的還有美國ETA公司的VPG,VPG(Virtual Proving Ground)虛擬試驗場是ETA公司長期總結(jié)汽車分析工程經(jīng)驗,在LD-DANA平臺上開發(fā)的,是ETA、LSTC和ANSYS三家公司合作推出的專門應(yīng)用于汽車工程的軟件。VPG主要被應(yīng)用于當(dāng)前汽車產(chǎn)品開發(fā)中的重點——整車系統(tǒng)疲勞、整車系統(tǒng)動力學(xué)、NVH和整車碰撞安全及乘員保護(hù)等熱門問題。

三、應(yīng)用展望

1.概念設(shè)計階段

1)市場調(diào)研;

2)技術(shù)設(shè)計,包括各種方案的計算機(jī)效果模擬和分析仿真論證;

3)評估、準(zhǔn)備相關(guān)生產(chǎn)設(shè)施。

這一階段主要進(jìn)行較為詳細(xì)的、帶有一定目標(biāo)性的預(yù)演,大企業(yè)可以利用一些大型通用非線性CAE軟件產(chǎn)品來幫助制定方案,比如ABAQUS、MSC/NASTRAN、MSC/MARC。而中小企業(yè)可以用ALGOR、ANSYS和ADINA等軟件完成這部分工作。

2.詳細(xì)設(shè)計階段

在概念設(shè)計完成以后,緊接著就是詳細(xì)設(shè)計。這一階段要繪制各種零部件圖樣,確定彼此間的裝配關(guān)系,評估產(chǎn)品的性能(結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、動力特性和生產(chǎn)性等)。該階段需要操作簡單、使用方便的CAE軟件產(chǎn)品,以便用最少的時間完成評估工作。這類軟件包括ALGOR、ANSYS/DesignSpace、COSMOS等,這些軟件有著良好的數(shù)據(jù)接口和網(wǎng)格自動生成功能,使用方便、快捷,對使用者的要求較低。在該階段的尾期,也可以用一些非線性求解器做進(jìn)一步的驗證。

3.樣機(jī)制造階段

根據(jù)詳細(xì)設(shè)計提供的模型或數(shù)據(jù)完成試驗樣機(jī)的加工制造。該階段是生產(chǎn)階段,所以較少使用CAE軟件產(chǎn)品,但可以用一些專業(yè)軟件,如鑄造分析軟件、板料成形軟件來指導(dǎo)生產(chǎn)。

4.產(chǎn)品測試評估階段

這一階段主要是利用各種測試和評估手段對產(chǎn)品成本、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和加工特性做出全面真實的評價,從而為設(shè)計更改和產(chǎn)品的生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。在該階段,主要使用一些非線性分析功能強(qiáng)的軟件,以及一些多場耦合軟件,如ABAQUS、ANSYS、MSC/NASTRAN、MSC/MARC等。在此階段還可以使用一些機(jī)械動力學(xué)仿真軟件、疲勞分析軟件,來最終評估整裝后的產(chǎn)品性能。