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计算机辅助工程 (CAE) 技术及其应用 2003-11-11 动网先锋 0 前 言 随着计算机技术的高速发展，极大地推动了相关学科研究和产业的进步。有限元、 有限条、有限体积以及有限差分等方法与计算机技术的结合，诞生了新兴的跨专业和跨 行业的学科分支；计算机辅助工程 (CAE) 作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越 受到科技界和工程界的重视。现在，国外在科学研究和工业化应用方面，计算机辅助工 程技术已达到了较高的水平，许多大型的通用分析软件已相当成熟并已商品化，计算机 模拟分析不仅在科学研究中普遍采用，而且在工程上也已达到了实用化阶段。 通过多年的不懈努力，我国在 CAE仿真分析方面也取得了长足进步，建立了自己的 计算机辅助工程科技队伍， 在许多领域开展了 CAE技术的研究和应用。 但目前我们的 CAE 技术与发达国家相比仍存在一定的差距，特别是在具有自主知识产权的大型通用分析软 件的开发和 CAE技术的工业化应用方面，这种差距还相当明显。 二十一世纪，是信息和网络的时代。随着计算机技术向更高速和更小型化的发展和 分析软件的不断开发和完善， CAE技术的应用将愈来愈广泛并成为衡量一个国家科学技 术水平和工业现代化程度的重要标志。大力推进我国计算机辅助工程技术的科学研究和 工业化应用势在必行。 1 国外 CAE技术概况 计算机辅助工程的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿 真分析。一方面， CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过 计算机数值模拟得到满意的解答；另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问 题简单化，使 复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更 快、更准确。在产品的设计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用，同时 CAE这 一新兴的数值模拟分析技术在国外得到了迅猛发展，技术的发展又推动了许多相关的基 础学科和应用科学的进步。 在影响计算机辅助工程技术发展的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三 个最主要的方面。 现代计算机技术的飞速发展， 已经为 CAE技术奠定了良好的硬件基础。 多年来，重视 CAE技术人才的培养和分析软件的开发和推广应用，发达国家不仅在科技 界而且在工程界已经具有一支较强的掌握 CAE技术的人才队伍，同时在分析软件的开发 和应用方面也达到了较高水平。 美国于 1998 年成立了工程计算机模拟和仿真学会 (Computer Modeling and Simulation in Engineering) ，其它国家也成立了类似的学术组织。各国都在投入大量 的人力和物力， 加快人才的培养。 正是各行业中大批掌握 CAE技术的科技队伍推动了 CAE 技术的研究和工业化应用， CAE技术在国外已经广泛应用于不同领域的科学研究，并普 遍应用于实际工程问题，在解决许多复杂的工程分析方面发挥了重要作用。 国外对 CAE技术的开发和应用真正得到高速的发展和普遍应用则是近年来的事。这 一方面主要得益于计算机在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面则有赖于通用分 析软件的推出和完善。早期的 CAE分析软件一般都是基于大型计算机和工作站开发的， 近年来 PC机性能的提高，使采用 PC机进行分析成为可能，促使许多 CAE软件被移植到 PC机上应用。这显然对 CAE技术的推广应用极为有利。 衡量 CAE技术水平的重要标志之一是分析软件的开发和应用。目前，一些发达国家 在这方面已达到了较高的水平，仅以有限元分析软件为例，国际上不少先进的大型通用 有限元计算分析软件的开发已达到较成熟的阶段并已商品化， 如 ABAQUS、ANSYS、NASTRAN 等。这些软件具有良好的前后处理