CAXA CAE主要功能

CAXA CAE 使用Sefea（富應變有限元）技術 和 LSFEA（Least-Squared FEA，最小二乘FEA）技術 ，可進行應力、熱、電（導電或絕緣）和流體物理性耦合分析。產(chǎn)品具有非線性分析能力，可分析塑性、橡膠、泡沫等特殊非線性材料，以及應力、熱、電各項異性材料 。程序允許的分析類型包括 ：

• 靜態(tài) / 穩(wěn)態(tài)分析：施加的邊界條件和最終結果無時間參數(shù)，它們的模量不隨時間變化。模擬也可使用“多步”命令，逐漸向模型施加邊界條件，觀察系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)的過程。

• 動態(tài) / 瞬態(tài)分析：施加的邊界條件和結果有時間參數(shù)，它們的模量可隨時間的變化而變化。分析需施加初始條件。

• 模態(tài) / 振動模式分析：用于計算諧波共振模型的振型和頻率?？芍付ㄈ我怆A數(shù)的模態(tài)計算。

• 不穩(wěn)定 / 屈曲分析：計算有負荷的失穩(wěn)屈曲模型，獲得結構特征值。

• 頻域分析：分析施加了特定頻率范圍內載荷或約束的模型，來確定是否發(fā)生動態(tài)載荷放大效應。

用戶也可靈活使用CAXA CAD和CAXA CAE進行產(chǎn)品優(yōu)化。具體過程如下：用戶對模型完成一次CAE分析后，可先復制分析（"復制 Sim")，然后在新的分析中根據(jù)CAE分析結果修改模型。模型修改完后，用戶不需重新設置CAE，可直接單擊“自動求解”，即可查看CAD修改前后CAE分析結果的差別。接著，用戶可根據(jù)模型修改前后CAE分析結果的差別，來指導產(chǎn)品的進一步優(yōu)化。

CAXA CAE是與CAXA實體設計軟件直接耦合的CAE分析模塊。它使用Sefea技術 ，能直接耦合應力、熱、電、流體物理性，分析精度可達二階元素分析精度，而計算成本僅與一階元素相當，適于非線性分析。 與CAXA實體設計無縫耦合，形成CAD/CAE集成工具，方便用戶對產(chǎn)品進行產(chǎn)品輕量化、優(yōu)化設計，以及對設計進行驗證。

CAXA CAE 2016可使用的結果類型包括 ：

• 直接輸出結果圖解/云圖的bmp圖片、變形avi動畫、html分析報告等文件：其中，bmp圖解/云圖可選擇結果的上下限范圍，便于查看如最大應力、最大變形位置等；變形avi動畫可查看各幀結果情況；html分析報告內容包含分析類型、設置等基本信息以及結果情況。

• 自動顯示結果圖解/云圖、矢量圖、流線圖、動畫：分析結束后，可顯示使用相關物理性的指定范圍的任意結果圖解/云圖，如應力分布圖；矢量結果可繪制矢量圖或流線圖，如熱流矢量或流體流線；動畫包括動態(tài)分析動畫、靜態(tài)分析多步動畫、和通過更改變形比例系數(shù)生成的動畫等。

• 查詢任意節(jié)點、元素結果：直接通過鼠標選擇或輸入節(jié)點編號方式查看節(jié)點結果；在使用殼元素時，可直接通過鼠標選擇或輸入節(jié)點編號方式查看元素結果；

• 繪制結果圖線，如繪制節(jié)點在某方向的結果變化圖線，和節(jié)點結果時間變化經(jīng)歷圖線：使用結果頁面查詢部分的“繪圖”命令，用戶可繪制結果圖線，如模型一邊上應力分布，和一個點應力如何隨時間變化等；

• 結果積分、求和等計算：使用結果頁面查詢部分的“積分”命令，用戶可計算結果積分值。如對某已定位、固定的面上的等效應力積分，可求得固定此面所需的外力大?。?/li>

• 使用切面查看模型內部結果圖解/云圖，或在切面上積分結果 ：使用工具條上“切換切面”按鈕可以打開切面。同時按下“Shift”鍵和“切換切面”按鈕可以設置切面的法向和位置。可把切面當成模型面，進行結果積分、查看結果等。

• 使用Sefea （富應變有限元分析）技術：高精度、高可靠性、低計算成本，以及使入門級用戶也能達到專家級用戶分析精度等優(yōu)點，從而降低用戶門檻 ；

• 直接耦合應力、熱、流體、電磁等多物理性：勝任各種非線性問題；

• 操作輕松簡便，易學好用：完整的在線文檔代替冗長用戶手冊，使用中按下“F1”鍵能夠彈出當前設置頁面的幫助文件；

• 基于最小二乘有限元素法（LSFEA, Least-Squared FEA)的流力分析技術 ：流體分析更加準確。

CAXA CAE 有嵌入到CAXA實體設計2015中的CAXA CAE 2015，以及嵌入到CAXA實體設計2016中的CAXA CAE 2016。以上兩個版本均提供免費版和付費版。用戶可在CAXA官網(wǎng)自行下載CAXA CAE。下載后直接使用、未購買license的CAXA CAE license即為自動成為免費版。免費版擁有全部功能，但使用一個月后會有節(jié)點限制。

用戶在使用CAXA CAE前需安裝CAXA 3D 實體設計。2100433B

下面就簡單舉例說明有限元在線公司CAE分析的具體內容。

CAE工程咨詢網(wǎng)格分析

有限元在線的專業(yè)技術工程師可以為客戶提供高質量的網(wǎng)格“設計”服務，可以熟練應用ANSA和其他常用的網(wǎng)格劃分工具來進行網(wǎng)格生成，在確保網(wǎng)格質量的前提下，實現(xiàn)快速及時的網(wǎng)格劃分，從而為您節(jié)省大量的時間和精力，使得您可以集中精力于實際工程問題的分析與求解。

在進行數(shù)值模擬計算（包括FEA、CFD等）中，網(wǎng)格的質量對分析計算的結果有至關重要的影響。高質量的網(wǎng)格是高精度分析結果的保證，而質量不好或者差的網(wǎng)格，則可能會導致計算的無法完成或者得到無意義的結果。

在一個完整的分析計算過程中，與網(wǎng)格設計與修改相關的前處理工作占到了CAE工程師工作量的70%-80%，CAE工程師往往要花費大量的時間來進行網(wǎng)格處理，真正用于分析計算的時間很少，所以主要的瓶頸在于如何快速準備好高質量的滿足分析計算要求的網(wǎng)格。

準備高質量的分析模型是一件很費時間和精力的事情，而且，要求完成該項工作的技術人員具有相當?shù)募夹g經(jīng)驗和背景，才能完成高質量的網(wǎng)格。具體地說，就是要求前處理工程師能夠根據(jù)CAE工程師提出的分析要求“設計”出能滿足CAE工程師分析要求的合適的網(wǎng)格，然后提交給CAE工程師進行分析計算。

之所以是網(wǎng)格“設計”而不是網(wǎng)格劃分，說明了要設計出能夠滿足分析計算要求的高質量的網(wǎng)格，并不是一件容易的事情，要完成這項工作需要很多方面的知識和技術要求。

針對一個具體的分析計算要求，要獲得一個滿足該分析技術的高質量的網(wǎng)格，一個承擔該項目網(wǎng)格設計的前處理工程師需要從以下幾個方面進行綜合考慮：

◇分析計算的目的。（定性還是定量）

◇分析計算的類型，如強度分析、剛度分析、耐久性分析、NVH分析、碰撞分析、CFD分析、 熱流分析、動力學響應分析等。（分析類型對網(wǎng)格的質量和形狀有不同的要求。）

◇分析計算的時間要求。（要求時間的緊迫與否也決定了采用何種網(wǎng)格形式）

◇分析據(jù)算所采用的求解器。（不同的求解器對不同的分析問題有特定的網(wǎng)格形式和要求）

◇盡可能采用最好的單元類型。（所應用的求解器可以采用的單元類型，也會決定網(wǎng)格的質量與形狀要求）

◇盡可能采用最好的網(wǎng)格類型。（最好的網(wǎng)格類型意味著對于面，盡可能采用四邊形網(wǎng)格；對于體，盡可能采用六面體單元）

由此可見，滿足計算分析要求的高質量的網(wǎng)格是由前處理工程師精心“設計”出來的，而不是隨隨便便“劃分”出來的。

第一類是復雜結構的中面網(wǎng)格，主要針對薄壁件。

尤其是汽車，航天航空，電子這個行業(yè)里大量存在，像手機、汽車上的儀表板、汽車的車身，這樣的結構件壁度單元很薄。很難用實體單元來描述，這樣的部件要用殼單元描述。用殼單元描述，首先要得到這個結構的幾何中面。一般來說像塑料件，薄壁件有一個共同的特點就是結構比較復雜，有很多的筋圓孔等等。難度在于如何得到這個復雜結構的中面網(wǎng)格，中面有圓角、加強筋、圓孔等等，抽完中面之后，怎樣把它們連接起來；得到幾何之后如何保證高質量的面網(wǎng)格。對于中面網(wǎng)格來說，最好的單元形式就是四邊形網(wǎng)格。

第二類網(wǎng)格就是復雜結構的六面體。

像結構體，譬如發(fā)動機的缸蓋、活塞、缸體、曲軸、轉向節(jié)、變速箱的殼體，這樣的結構最好的形式是用六面體，因為六面體精度比較高。六面體的生成完全依靠人工來完成，這就需要非常專業(yè)的工程師才能完成。

第三類比較復雜的網(wǎng)格，就是流體網(wǎng)格CFD網(wǎng)格。

流體網(wǎng)格幾何的外表面是封閉的，對于一個結構來說，比如整車，導彈的外流場，飛機等的外流場，有大量的曲面間隙需要去縫合修補，要生成面網(wǎng)格，還要考慮附面層，流體網(wǎng)格的特點是幾何清理極其復雜，工作量特別大，對附面層的質量要求非?？量?。根據(jù)你選擇的不同的流體方程，附面層網(wǎng)格的質量有不同的要求。

CAE工程咨詢有限元（FEA）

有限元法是適應使用電子計算機而發(fā)展起來的數(shù)值方法。起源于上個世紀50年代航空工程中飛機結構的矩陣分析。世界力學名著“有限元法”的作者監(jiān)凱維奇教授對有限元法曾做過如下定義：

（a）把連續(xù)體分成有限個部分，其性態(tài)由有限個參數(shù)所規(guī)定。

（b）求解離散成有限元的集合體時，其有限單元應滿足連續(xù)體所遵循的規(guī)則，如力平衡規(guī)則等。

有限元方法所能解決實際工程問題：

靜態(tài)應力/位移分析

包括線性，材料和幾何非線性，以及結構斷裂分析等

動態(tài)分析

包括結構固有頻率的提取，瞬態(tài)響應分析，穩(wěn)態(tài)響應分析，以及隨機響應分析等

粘彈性/粘塑性響應分析

粘彈性/粘塑性材料結構的響應分析

熱傳導分析

傳導，輻射和對流的瞬態(tài)或穩(wěn)態(tài)分析

質量擴散分析

靜水壓力造成的質量擴散和滲流分析等

耦合分析

熱/力耦合，熱/電耦合，壓/電耦合，流/力耦合，聲/力耦合等

非線性動態(tài)應力/位移分析

可以模擬各種隨時間變化的大位移、接觸分析等

瞬態(tài)溫度/位移耦合分析

解決力學和熱響應及其耦合問題

準靜態(tài)分析

應用顯式積分方法求解靜態(tài)和沖壓等準靜態(tài)問題

退火成型過程分析

可以對材料退火熱處理過程進行模擬

海洋工程結構分析

對海洋工程的特殊載荷如流載荷、浮力、慣性力等進行模擬

對海洋工程的特殊結構如錨鏈、管道、電纜等進行模擬

對海洋工程的特殊的連接，如土壤/管柱連接、錨鏈/海床摩擦、管道/管道相對滑動等進行模擬

水下沖擊分析

對沖擊載荷作用下的水下結構進行分析

疲勞分析

根據(jù)結構和材料的受載情況統(tǒng)計進行生存力分析和疲勞壽命預估

設計靈敏度分析

對結構參數(shù)進行靈敏度分析并據(jù)此進行結構的優(yōu)化設計

有限元在線最強的優(yōu)勢在非線性分析。所有的工程問題都是非線性的，在實際中并不存在完全線性的。有時候人們?yōu)榱饲蠼鈫栴}的方便性，考慮自身的條件和限制，可以用線性來代替，但是如果材料本身是非線性的話，那么就沒有辦法用線性來代替。我們在非線性分析方面有超過十年的經(jīng)驗，完成了大量的項目。尤其對材料非線性，幾何非線性和接觸非線性，具有非常豐富的經(jīng)驗。像汽車的碰撞，鐵路里面的碰撞，電視機手機的跌落，都是高度的非線性問題。

應用有限元技術可以幫助：

1. 產(chǎn)品設計與開發(fā)：縮短產(chǎn)品開發(fā)周期；

降低開發(fā)成本；

提高產(chǎn)品質量；

1. 對現(xiàn)有結構進行評估：分析產(chǎn)品破壞原因；

評估產(chǎn)品在設計中無法考慮因素作用下的安全性能

1. 進行產(chǎn)品的失效分析：發(fā)展與建立材料模型等

CAE工程咨詢流體分析

有限元在線提供的流體分析服務包括：

■ 整車空氣動力學特性分析　 －外形設計優(yōu)化（經(jīng)濟性/操縱穩(wěn)定性等）

■ 車燈除霧，除冰除霜分析

■ 空調系統(tǒng)及內流場特性分析 －流量分配/除霜/舒適性分析/風機

■ 發(fā)動機進排氣系統(tǒng)分析

■ 空氣噪聲分析

■ 發(fā)動機缸內燃燒分析

■ 發(fā)動機機艙散熱分析　 －熱管理/風扇

■ 制動散熱分析

CAE工程咨詢優(yōu)化分析

應用CAE分析技術，可以幫助設計工程師在設計階段快速的進行設計驗證，找到設計缺陷和不足，然而當在CAE分析以后找到產(chǎn)品設計缺陷和不足時，如何對產(chǎn)品的結構進行改進和優(yōu)化，以期使得產(chǎn)品能夠在滿足給定設計要求的前提下具有最佳的性能（最輕、最強、最安全等），則是每一個設計工程師和CAE工程師希望達到的目標。

CAE工程咨詢電機電磁分析

有限元在線能提供優(yōu)質快速的電機設計與電磁分析服務，內容包括：

（1）電機設計

◇同步發(fā)電機設計與優(yōu)化

◇無刷直流電機設計與優(yōu)化

◇傳統(tǒng)有刷整流電機設計與優(yōu)化

◇感應電機設計與優(yōu)化

（2）電機電磁分析

◇電機結構分析

◇電機基本性能分析

◇電機電場分析

◇電機冷卻分析

◇磁屏蔽分析

◇永磁電機的交直軸電感計算

（3）電機溫度場和流體場計算

◇電機內溫度場計算

◇大型電機的水冷卻分析、空氣冷卻分析、油冷卻分析

◇電機風扇冷卻分析

◇噪聲分析

電磁場分析：

穩(wěn)態(tài)磁場分析: 激勵不隨時間變化,如永磁體的磁場、穩(wěn)恒電流產(chǎn)生的磁場等

諧性磁場分析: 激勵按正余弦規(guī)律變化,如感應式電機

瞬態(tài)磁場分析: 激勵隨時間無規(guī)律變化

溫度場分析：

通過溫度場計算,得到電機整機或部件的溫度分布、熱量的獲取和損失、熱梯度、熱流密度等。

穩(wěn)態(tài)溫度場分析:熱源不隨時間變化

瞬態(tài)溫度場分析:熱源隨時間變化

結構分析：部件剛強度計算，接觸應力計算，固有頻率計算，動態(tài)響應計算，臨界轉速計算等

CAE咨詢在中國是個新興市場，具有強大的發(fā)展?jié)摿?。目前國內跟國外相比從事這行的人才也在少數(shù)，有關于此的企業(yè)更是寥寥無幾。但正因如此，才能看出挖掘出巨大的市場。 首先，全球CAE市場保持著穩(wěn)定增長。各個企業(yè)都想提高產(chǎn)品設計的速度，一些之前CAE應用還不夠廣泛的行業(yè)也開始加快普及CAE，促進了CAE市場不斷持續(xù)增長。

從行業(yè)來看，汽車行業(yè)的CAE應用比較成熟，航空航天行業(yè)應用CAE起步較早，但CAE應用還不夠成熟，仍然沿用一些傳統(tǒng)的設計模式。航空航天行業(yè)迅速加大了對CAE的投入，為全球CAE市場的增長造就了一個非常好的機遇。而其他行業(yè)，例如電子、船舶、重型機械、鐵道和建筑等，CAE技術也獲得了成熟的應用。

CAE市場的整合將使得小型CAE廠商的獨立生存更加艱難。因為大型CAE公司例如有限元在線致力于提供更多學科的CAE仿真分析解決方案，因此，全球CAE市場整合的趨勢還將繼續(xù)。但整合可能意味著收購或兼并，也可能意味著新的商業(yè)模式的誕生。

從技術角度講，它所倡導的優(yōu)化驅動設計的理念已經(jīng)在業(yè)界被廣泛認同，而另一方面，由于在設計過程中生成了海量的分析和試驗數(shù)據(jù)，因此，如何管理這些產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)并從這些海量數(shù)據(jù)中有效地挖掘關鍵的信息并制定決策，成為企業(yè)廣泛應用CAE之后需求的熱點。

CAE發(fā)展的一個重要方向是提供先進的，能夠支撐產(chǎn)品不斷進化的開放性系統(tǒng)。即便是隨著CAE市場不斷整合，CAE主流廠商通過并購而能夠提供越來越多的CAE多學科仿真方案，這些廠商也必須更加重視CAE系統(tǒng)的開放性。只有這樣，CAE客戶才能夠更加靈活、更加自由地建立和完善產(chǎn)品研發(fā)流程，實現(xiàn)對整個產(chǎn)品生命周期的有效管理。

第1章 緒論

1.1 CAD/CAE基本概念

1.2 鑄造CAD/CAE技術

1.3 鑄造CAD/CAE技術發(fā)展趨勢

習題

第2章 鑄造CAD技術基礎

2.1 概述

2.2 CAD系統(tǒng)的組成與分類

2.2.1 CAD系統(tǒng)的組成

2.2.2 CAD系統(tǒng)的分類

2.3 CAD系統(tǒng)的三維造型技術

2.3.1 線框造型

2.3.2 曲面造型

2.3.3 實體造型

2.3.4 特征造型

2.3.5 參數(shù)化技術

2.3.6 變量化技術

2.4 CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交換

2.4.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口

2.4.2 初始圖形交換規(guī)范——IGES

2.4.3 產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換規(guī)范——STEP

2.4.4 數(shù)據(jù)交換格式——STL

2.5 鑄造工藝CAD系統(tǒng)

2.5.1 鑄造工藝設計的基本過程

2.5.2 鑄造工藝CAD系統(tǒng)的組成

2.5.3 鑄造工藝CAD系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

2.5.4 鑄造工藝CAD的發(fā)展趨勢

習題

第3章 二維鑄造工藝CAD系統(tǒng)

3.1 概述

3.2 AutoCAD 2009介紹

3.2.1 AutoCAD 2009簡介

3.2.2 AutoCAD 2009繪圖預備知識

3.2.3 AutoCAD 2009繪圖基礎

3.2.4 AutoCAD 2009基本繪圖設置

3.3 二維鑄造工藝CAD系統(tǒng)的開發(fā)技術

3.3.1 基于AutoCAD的二次開發(fā)技術

3.3.2 二維鑄造工藝CAD系統(tǒng)開發(fā)工具的選用

3.4 基于AutoCAD的二維鑄造工藝CAD系統(tǒng)

3.4.1 二維華鑄CAD系統(tǒng)介紹

3.4.2 華鑄CAD二維鑄鋼系統(tǒng)

3.4.3 華鑄CAD二維球鐵系統(tǒng)

習題

第4章 三維鑄造工藝CAD系統(tǒng)

4.1 概述

4.2 UG介紹

4.2.1 Siemens PLM Software簡介

4.2.2 UG界面

4.2.3 UG的主要特點和功能模塊

4.2.4 UG繪圖實例

4.3 三維鑄造工藝CAD系統(tǒng)的開發(fā)技術

4.3.1 基于UG的二次開發(fā)技術

4.3.2 三維鑄造工藝CAD系統(tǒng)開發(fā)工具UG/Open

4.3.3 UG二次開發(fā)工具之間的關系

4.4 基于UG的三維鑄造工藝CAD系統(tǒng)

4.4.1 三維鑄造工藝CAD系統(tǒng)簡介

4.4.2 鑄鋼件三維鑄造工藝CAD

4.4.3 球鐵件三維鑄造工藝CAD

4.4.4 三維壓鑄模CAD

習題

第5章 其他通用CAD系統(tǒng)介紹

5.1 概述

5.2 SolidWorks介紹

5.2.1 SolidWorks 2008的特點

5.2.2 SolidWorks 2008的基本操作

5.2.3 SolidWorks 2008應用實例

5.3 Pro/Engineer介紹

5.3.1 Pro/Engineer概況與特點

5.3.2 Pro/Engineer Wildfire 5.0的基本操作

5.3.3 Pro/Engineer應用實例

習題

第6章 鑄造CAE技術基礎

6.1 概述

6.1.1 研究目的與內容

6.1.2 數(shù)值分析方法

6.2 有限差分法基礎

6.2.1 差分原理及逼近誤差

6.2.2 差分方程、截斷誤差和相容性

6.2.3 收斂性與穩(wěn)定性

6.2.4 Lax等價定理

6.3 有限元法基礎

6.3.1 有限元法概述

6.3.2 有限元解題的基本過程

6.4 鑄造CAE軟件組成

6.4.1 前處理模塊

6.4.2 計算分析模塊

6.4.3 后處理模塊

習題

第7章 鑄造凝固過程CAE技術

7.1 鑄造凝固過程的數(shù)學模型與數(shù)值求解

7.1.1 傳熱的基本方式

7.1.2 傳熱分析的常用數(shù)值方法

7.1.3 數(shù)學模型

7.1.4 基于有限差分方法的離散

7.1.5 初始條件與邊界條件

7.1.6 潛熱處理

7.1.7 溫度場數(shù)值模擬流程圖

7.2 鑄造凝固過程CAE軟件

7.2.1 概述

7.2.2 凝固過程模擬分析軟件操作步驟

7.2.3 前處理網(wǎng)格剖分

7.2.4 計算分析

7.2.5 后處理數(shù)據(jù)可視化

7.3 鑄造凝固過程CAE技術應用實例

7.3.1 砂型鑄鋼件應用實例

7.3.2 熔模鑄鋼件應用實例

7.3.3 球鐵件應用實例

7.3.4 灰鐵件應用實例

7.3.5 銅合金鑄件應用實例

7.3.6 鋁合金重力鑄件應用實例

7.3.7 鋁合金低壓鑄件應用實例

7.3.8 壓鑄件應用實例

習題

第8章 鑄造充型過程CAE技術

8.1 鑄造充型過程的數(shù)學模型與數(shù)值求解

8.1.1 流體的基本概念

8.1.2 流動分析的主要方法

8.1.3 數(shù)學模型

8.1.4 數(shù)學模型的離散

8.1.5 SOLA-VOF方法

8.1.6 流動與傳熱耦合計算

8.1.7 流動場計算分析的流程

8.2 鑄造充型過程CAE軟件

8.2.1 充型過程模擬分析軟件操作步驟

8.2.2 前處理網(wǎng)格剖分

8.2.3 計算分析

8.2.4 后處理數(shù)據(jù)可視化

8.3 鑄造充型過程CAE技術應用實例

8.3.1 鑄鋼件應用實例

8.3.2 球鐵件應用實例

8.3.3 灰鑄應用實例

8.3.4 銅合金鑄件應用實例

8.3.5 鋁合金重力鑄件應用實例

8.3.6 低壓鑄件應用實例

8.3.7 壓鑄件應用實例

習題

第9章 鑄造過程中的其他CAE技術

9.1 鑄造應力場數(shù)值模擬

9.1.1 鑄造應力CAE概述

9.1.2 彈塑性理論基礎

9.1.3 鑄造應力場特性及數(shù)值求解過程

9.1.4 鑄造應力場CAE實例

9.2 鑄造微觀組織模擬

9.2.1 概述

9.2.2 鑄造凝固過程的微觀組織模擬

9.2.3 鑄造組織模擬實例

習題

參考文獻2100433B