以结构CAE的角度看CAE的应用

目前CAE在工业领域的应用大致可以总结为以下几个场景:面向设计、面向研发、面向疑难杂症。

(仅讲CAE技术本身,CAE技术结合在线监测、可视化等CAE+外沿技术的应用不在本文所述内容中)

1、面向设计

面向设计CAE解决的是产品的设计问题,CAE完全参与甚至决定产品的设计。

特点:

1)专业性强,对专业知识要求比CAE知识高;

2)有专业的国家规范、行业规范和经验约束,最主要的是由权威性的标准;

3)CAE结合行业知识和相关规范,实现定量分析;

4)快速响应,能够高效率利用CAE结果进行设计,周期较短;

5)CAE分析结果即能代表最终结果,无需试验验证,因为有规范背书;

6)专业性CAE软件或者定制化的CAE软件比通用性CAE软件更受欢迎;

7)CAE的应用更为成熟。

从其特点可以看出,面向设计的CAE应用即是将传统的手算过程以CAE的形式展现,实现电算化,提高产品设计效率。

典型行业:

建筑、桥梁、压力容器等覆盖较广、对生命和财产能够产生广大、显著影响的行业。(这些行业建立标准的动力也是相对较大的)。

2、面向研发

面向研发CAE主要是帮助产品的研发,参与产品的研发过程,与其他的过程配合才能决定产品的实际设计。

特点:

1)CAE仅作为辅助,对人员的专业能力要求相对不高,重点是CAE技术、软件操作和应用能力;

2)主要是定性分析,分析结果不以“行与不行”为指导意见,而是以“受力更好”、“重量更轻”、“寿命更长”、“强度更高”等意见指导产品设计;

3)过程较长,需要很多次的迭代,甚至是优化,以使产品性能更好;

4)CAE分析辅助产品的设计,为产品提供预测性的建议,最终产品的定型还要依赖于试验验证,难以做到以CAE分析结果作为产品设计的决定性依据;

5)面向研发的CAE应用目前比较适合在大批量产品的设计上,例如手机行业、汽车行业、芯片行业,应用成本是其中比较关键的一个因素;

6)面向研发的CAE应用发展的最终形式是面向设计,通过大量的CAE应用经验、试验数据积累、行业理论的成熟、企业CAE规范与流程的完善,最终会助推CAE在该行业的成熟应用,也助推行业颁布产品设计相关的CAE标准,有了标准背书,自然会使该行业的CAE应用成为一种必须;

7)面向研发CAE应用成为面向设计CAE应用可能需要经历很长的时间,就如压力容器行业,其过程也是历经了几十年,投入了大量的理论研究人员。

3、面向研发CAE与面向设计CAE的区别:

最主要的区别是:是通过个人(团队)还是通过标准(权威性的标准)来判断CAE分析结果是行与不行。

通过个人来判断必然受到个人自身的经验和能力的影响,具有局限性,不同的人很可能有不同的结果,一个人在不同阶段也可能做出不同的结果,所以CAE结果只用来参考,不用来下结论、作保证;

通过标准来判断,只要严格遵守标准的所有规定,任何过程和处理方法都有据可依,满足标准规定的要求,那么结果就是对的,完全能够决定设计的行与不行。换句话说,如果整个CAE流程是完全对的上标准的,那么即使产品最后出了问题,那也不是CAE分析设计的问题!

典型行业:

汽车、手机、电子芯片等做大批量的产品、资本相对雄厚、追求创新的行业。

4、面向疑难杂症

面向疑难杂症CAE应用顾名思义是通过CAE的手段或者再结合其他手段解决普通方法难以解决的问题。

例如某转子的故障诊断问题、设备爆炸原因分析、焊接失效问题、激光焊接模拟等等。

特点:

1)“科研”属性较强,关键在于理论,CAE只是为了找到问题(原因、关键)的手段;

2)CAE应用通常较为复杂,涉及的不确定因素多(例如复合材料本构的合理描述、爆炸算法的准确性、移动热源模拟的准确性等等),CAE结果的可用性需要打折扣;

3)CAE经验难以复制,更强调个人因素的影响;

4)面向疑难杂症的CAE应用关键在于解决疑难杂症本身,并非简单的在于CAE分析结果。不管怎样的分析结果,如果能够基于理论,使结果能够与理论自洽,以说明问题、解决问题,那么CAE就是有意义的。

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