計(jì)算機(jī)輔助工程（計(jì)算機(jī)信息技術(shù)）
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計(jì)算機(jī)輔助工程
本詞條是多義詞，共3個(gè)義項(xiàng)
計(jì)算機(jī)信息技術(shù)
計(jì)算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)的提出就是要把工程（生產(chǎn)）的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來(lái)，其關(guān)鍵就是將有關(guān)的信息集成，使其產(chǎn)生并存在于工程（產(chǎn)品）的整個(gè)生命周期。因此，CAE系統(tǒng)是一個(gè)包括了相關(guān)人員、技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理及信息流和物流的有機(jī)集成且優(yōu)化運(yùn)行的復(fù)雜的系統(tǒng)。
基本信息
| 中文名 | 計(jì)算機(jī)輔助工程 |
| 外文名 | Computer Aided Engineering，CAE |
| 主流軟件 | MSC系列工程分析軟件 |
| 實(shí)質(zhì) | 各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來(lái) |
| 特點(diǎn) | 關(guān)人員、技術(shù) |
概述
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用的迅速發(fā)展，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，CG）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）與計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）等新技術(shù)得以十分迅猛的發(fā)展。CAD、CAM已經(jīng)在電子、造船、航空、航天、機(jī)械、建筑、汽車等各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，成為最具有生產(chǎn)潛力的工具，展示了光明的前景，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展還推動(dòng)了現(xiàn)代企業(yè)管理的發(fā)展，企業(yè)管理借助于管理信息系統(tǒng)的支持與幫助，利用信息控制國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門或企業(yè)的活動(dòng)，做出科學(xué)的決策或調(diào)度，從而提高管理水平與效益。企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從工程的立項(xiàng)、簽約、設(shè)計(jì)、施工（生產(chǎn)），一直到交工（交貨），是一個(gè)連續(xù)的過(guò)程，有機(jī)的整體。
計(jì)算機(jī)輔助工程
基本概念
計(jì)算機(jī)輔助工程
CAE軟件可以分為兩類：針對(duì)特定類型的工程或產(chǎn)品所開(kāi)發(fā)的用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化的軟件，稱之為專用CAE軟件；可以對(duì)多種類型的工程和產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能進(jìn)行分析、模擬和預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新的軟件，稱之為通用CAE軟件。
CAE軟件的主體是有限元分析(FEA，F(xiàn)inite Element Analysis)軟件。
有限元方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個(gè)容易分析的單元來(lái)表示復(fù)雜的對(duì)象，單元之間通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。由于單元的數(shù)目是有限的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數(shù)目，就可以使解的精確度改變，得到與真實(shí)情況無(wú)限接近的解。
基于有限元方法的CAE系統(tǒng)，其核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，CAE各階段所用的時(shí)間為：40%～45%用于模型的建立和數(shù)據(jù)輸入，50%～55%用于分析結(jié)果的判讀和評(píng)定，而真正的分析計(jì)算時(shí)間只占5%左右。
采用CAD技術(shù)來(lái)建立CAE的幾何模型和物理模型，完成分析數(shù)據(jù)的輸入，通常稱此過(guò)程為CAE的前處理。同樣，CAE的結(jié)果也需要用CAD技術(shù)生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應(yīng)力、溫度、壓力分布的等值線圖，表示應(yīng)用、溫度、壓力分布的彩色明暗圖，以及隨機(jī)械載荷和溫度載荷變化生成位移、應(yīng)力、溫度、壓力等分布的動(dòng)態(tài)顯示圖。我們稱這一過(guò)程為：CAE的后處理。針對(duì)不同的應(yīng)用，也可用CAE仿真模擬零件、部件、裝置(整機(jī))乃至生產(chǎn)線、工廠的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)。
基本結(jié)構(gòu)
計(jì)算機(jī)輔助工程結(jié)構(gòu)
應(yīng)用CAE軟件對(duì)工程或產(chǎn)品進(jìn)行性能分析和模擬時(shí)，一般要經(jīng)歷以下三個(gè)過(guò)程：
前處理：對(duì)工程或產(chǎn)品進(jìn)行建模，建立合理的有限元分析模型。
后處理：根據(jù)工程或產(chǎn)品模型與設(shè)計(jì)要求，對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案的合理性。
2、CAE軟件的結(jié)構(gòu)與功能
CAE軟件的基本結(jié)構(gòu)其中包含以下模塊：
前處理模塊---給實(shí)體建模與參數(shù)化建模，構(gòu)件的布爾運(yùn)算，單元自動(dòng)剖分，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)與節(jié)點(diǎn)參數(shù)自動(dòng)生成，載荷與材料參數(shù)直接輸入有公式參數(shù)化導(dǎo)入，節(jié)點(diǎn)載荷自動(dòng)生成，有限元模型信息自動(dòng)生成等。
有限元分析模塊---有限單元庫(kù)，材料庫(kù)及相關(guān)算法，約束處理算法，有限元系統(tǒng)組裝模塊，靜力、動(dòng)力、振動(dòng)、線性與非線性解法庫(kù)。大型通用題的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，分解成若干個(gè)子問(wèn)題，由不同的有限元分析子系統(tǒng)完成。一般有如下子系統(tǒng)：線性靜力分析子系統(tǒng)、動(dòng)力分析子系統(tǒng)、振動(dòng)模態(tài)分析子系統(tǒng)、熱分析子系統(tǒng)等。
后處理模塊---有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)平滑，各種物理量的加工與顯示，針對(duì)工程或產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)與工程規(guī)范校核，設(shè)計(jì)優(yōu)化與模型修改等。
用戶界面模塊、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)、專家系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)。
CAE軟件對(duì)工程和產(chǎn)品的分析、模擬能力，主要決定于單元庫(kù)和材料庫(kù)的豐富和完善程度，單元庫(kù)所包含的單元類型越多，材料庫(kù)所包括的材料特性種類越全，其CAE軟件對(duì)工程或產(chǎn)品的分析、仿真能力越強(qiáng)。
一個(gè)CAE軟件的計(jì)算效率和計(jì)算結(jié)果的精度，主要決定于解法庫(kù)。先進(jìn)高效的求解算法與常規(guī)的求解算法，在計(jì)算效率上可能有幾倍、幾十倍，甚至幾百倍的差異。
前后處理是近十多年發(fā)展最快的CAE軟件成分，它們是CAE軟件滿足用戶需求，使通用軟件專業(yè)化、屬地化，并實(shí)現(xiàn)CAD、CAM、CAPP、PDM等軟件無(wú)縫集成的關(guān)鍵性軟件成分。它們是通過(guò)增設(shè)CAD軟件，例如Pro/Engineer，UG，Solidedge，CATIA，MDT等軟件的接口數(shù)據(jù)模塊，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAE的有效集成。
CAE通常指有限元分析和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析。有限元分析可完成力學(xué)分析(線性、非線性、靜態(tài)、動(dòng)態(tài));場(chǎng)分析(熱場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等);頻率響應(yīng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等。機(jī)構(gòu)分析能完成機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件的位移、速度、加速度和力的計(jì)算，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬及機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。
3、CAE的作用
a)增加設(shè)計(jì)功能，借助計(jì)算機(jī)分析計(jì)算，確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性，減少設(shè)計(jì)成本;
b)縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期;
c)CAE分析起到的“虛擬樣機(jī)”作用在很大程度上替代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中資源消耗極大的“物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)”過(guò)程，虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性;
d)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案，降低材料的消耗或成本;
e)在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題;
f)模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi);
發(fā)展歷史
國(guó)際上早20世紀(jì)在50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)大功能的有限元分析程序。其中最為著名的是由美國(guó)國(guó)家宇航局(NASA)在1965年委托美國(guó)計(jì)算科學(xué)公司和貝爾航空系統(tǒng)公司開(kāi)發(fā)的NASTRAN有限元分析系統(tǒng)。此后有德國(guó)的ASKA、英國(guó)的PAFEC、法國(guó)的SYSTUS、美國(guó)的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的產(chǎn)品。
1979年美國(guó)的SAP5線性結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力分析程序向國(guó)內(nèi)引進(jìn)移植成功，掀起了應(yīng)用通用有限元程序來(lái)分析計(jì)算工程問(wèn)題的高潮。在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)比較成功并擁有較多用戶(100家以上)的有限元分析系統(tǒng)有大連理工大學(xué)工程力學(xué)系的FIFEX95、北京大學(xué)力學(xué)與科學(xué)工程系的SAP84、中國(guó)農(nóng)機(jī)科學(xué)研究院的MAS5.0和杭州自動(dòng)化技術(shù)研究院的MFEP4.0等。
衡量CAE技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一是分析軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前，ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等大型通用有限元分析軟件已經(jīng)引進(jìn)我國(guó)，在汽車、航空、機(jī)械、材料等許多行業(yè)得到了應(yīng)用。我國(guó)的計(jì)算機(jī)分析軟件開(kāi)發(fā)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。僅以有限元計(jì)算分析軟件為例，目前的世界年市場(chǎng)份額達(dá)5億美元，并且以每年15%的速度遞增。相比之下，我國(guó)自己的CAE軟件工業(yè)還非常弱小，僅占有很少量的市場(chǎng)份額。
主流CAE軟件
計(jì)算機(jī)輔助工程軟件
MSC是全球最大的CAE軟件供應(yīng)商，為滿足各種工程應(yīng)用的需求提供了多種仿真工具。MSC具有超過(guò)40%的世界MCAE市場(chǎng)份額，2000多家大用戶，覆蓋了工程仿真的各個(gè)方面，在汽車、軍事國(guó)防、航空航天、機(jī)械制造領(lǐng)域占絕對(duì)統(tǒng)治地位。主要產(chǎn)品有：
MSC.NASTRAN：大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，同時(shí)也是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的FEA原代碼程序及國(guó)際合作和國(guó)際招標(biāo)中工程分析和校驗(yàn)的首選工具;
MC.NASTRAN：圖形框架前后處理器;
MSC.DYTRAN：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù);
MSC.FATIGUE：專用的耐久性疲勞壽命分析軟件系統(tǒng);
MSC.CONSTRUCT：用于拓?fù)浼靶螤顑?yōu)化的概念化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng);
MSC.MARC：功能齊全的高級(jí)非線性結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng);
MSC.AKUSMOD：MSC公司與德國(guó)SFE公司共同開(kāi)發(fā)的內(nèi)噪音預(yù)測(cè)仿真軟件;
MSC.SUPERFORGE：三維鍛造仿真軟件;
MSC.SUPERFORM：制造過(guò)程仿真軟件。
2、ANSYS分析軟件
ANSYS是最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS開(kāi)發(fā)的，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，是經(jīng)典CAE工具，在現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中廣泛使用。唯一具有中文界面的大型通用有限元軟件，能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析，具有多物理場(chǎng)優(yōu)化功能，良好的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境。
軟件主要包括前后處理模塊和分析計(jì)算模塊三部分。前處理模塊提供實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，以便用戶構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。
3、ADAMS
美國(guó)MDI(MechanicalDynamicsInc.)公司開(kāi)發(fā)的ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是世界上最具權(quán)威性的使用范圍最廣的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件。用戶使用ADAMS軟件，可以自動(dòng)生成包括機(jī)-電-液一體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)數(shù)字化虛擬樣機(jī)模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)、方案論證、詳細(xì)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗(yàn)規(guī)劃甚至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計(jì)算分析結(jié)果，從而達(dá)到縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、提高產(chǎn)品品質(zhì)及競(jìng)爭(zhēng)力的目的。由于ADAMS具有通用、精確的仿真功能、方便而友好的用戶界面和強(qiáng)大的圖形動(dòng)畫(huà)顯示能力，所以該軟件已在全世界數(shù)以千計(jì)的著名大公司中得到成功的應(yīng)用。
4、紫瑞CAE
紫瑞CAE軟件由機(jī)械部鄭州機(jī)械研究所、中科院計(jì)算數(shù)學(xué)與工程計(jì)算所、鄭州紫瑞軟件有限公聯(lián)合研制。是一個(gè)與三維CAD軟件無(wú)縫集成的自動(dòng)化程度很高的有限元分析軟件，主要用于結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。是國(guó)家科技部”九五”科技攻關(guān)專題《機(jī)械CAE系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)》項(xiàng)目中推出的具有自主版權(quán)的通用軟件。目前已發(fā)行三個(gè)版本：企業(yè)版；專業(yè)版；教學(xué)版。
5、材料成形CAE軟件
塑性成形CAE軟件中，國(guó)外有DEFORM、MARC/AutoForge、AutoForm、DYNAFORM、PAM SYSTEM等軟件；中國(guó)有清華、上海交大、華中科大、吉林工大等各自研制的部分CAE軟件。
塑料注射成形CAE軟件中有MOLDFLOW、SLMUCOOL、MOLDCOOL、C COOL等軟件。
內(nèi)容
計(jì)算機(jī)輔助工程是指計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是生產(chǎn)制造業(yè)中的應(yīng)用，主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等內(nèi)容。
1. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）
在如今的工業(yè)制造領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)的幫助下繪制各種類型的工程圖紙，并在顯示器上看到動(dòng)態(tài)的三維立體圖后，直接修改設(shè)計(jì)圖稿，極大地提高了繪圖的質(zhì)量和效率。此外，設(shè)計(jì)人員還可以通過(guò)工程分析和模擬測(cè)試等方法，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行邏輯模擬，從而代替產(chǎn)品的測(cè)試模型（樣機(jī)），降低產(chǎn)品試制成本，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。
目前，CAD技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空、船舶、汽車、紡織、服裝、化工以及建筑等行業(yè)，成為現(xiàn)代計(jì)算機(jī)應(yīng)用中最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域。
2. 計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）
這是一種利用計(jì)算機(jī)控制設(shè)備完成產(chǎn)品制造的技術(shù)。例如，20世紀(jì)50年代出現(xiàn)的數(shù)控機(jī)床便是在CAM技術(shù)的指導(dǎo)下，將專用計(jì)算機(jī)和機(jī)床相結(jié)合后的產(chǎn)物。
借助CAM技術(shù)，在生產(chǎn)零件時(shí)只需使用編程語(yǔ)言對(duì)工件的形狀和設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行描述后，便可以通過(guò)計(jì)算機(jī)生成包含加工參數(shù)（如走刀速度和切削深度）的數(shù)控加工程序，并以此來(lái)代替人工控制機(jī)床的操作。這樣不僅提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率，還降低生產(chǎn)難度，在批量小、品種多、零件形狀復(fù)雜的飛機(jī)、輪船等制造業(yè)中備受歡迎。
3. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）
CIMS是集設(shè)計(jì)、制造、管理三大功能于一體的現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)系統(tǒng)，具有生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，是20世紀(jì)制造工業(yè)的主要生產(chǎn)模式。在現(xiàn)代化的企業(yè)管理中，CIMS的目標(biāo)是將企業(yè)內(nèi)部所有環(huán)節(jié)和各個(gè)層次的人員全都用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，形成一個(gè)能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一和高速運(yùn)行的制造系統(tǒng)。
功能及用途
CAE技術(shù)是將工程的各個(gè)環(huán)節(jié)有機(jī)地組織起來(lái)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)、信息科學(xué)技術(shù)等科學(xué)技術(shù)的成功結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的科學(xué)化、信息化管理，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和優(yōu)良的工程質(zhì)量。
CAE的功能結(jié)構(gòu)應(yīng)包含計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)劃管理、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工程施工管理及工程文檔管理等項(xiàng)。
計(jì)算機(jī)輔助工程計(jì)劃管理包括工程項(xiàng)目的可行性論證、標(biāo)書(shū)、成本與報(bào)價(jià)、工程計(jì)劃進(jìn)度、各子項(xiàng)工程計(jì)劃與進(jìn)度、預(yù)決算報(bào)告等。
計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)包括工程的設(shè)計(jì)指標(biāo)、工程設(shè)計(jì)的有關(guān)參數(shù)及CAD系統(tǒng)，在CAD系統(tǒng)中應(yīng)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)人員的主導(dǎo)作用，同時(shí)注重計(jì)算機(jī)所提供的支撐與幫助，以在最短的時(shí)間內(nèi)拿出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案來(lái)。同時(shí)，還要注意設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的提取和保存，以使其有效地服務(wù)于工程的整個(gè)生命周期。
計(jì)算機(jī)輔助施工管理包括工程進(jìn)度、工程質(zhì)量、施工安全、施工現(xiàn)場(chǎng)、施工人員、物料供給等方面的管理、控制和調(diào)度。它涉及到工程管理學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、質(zhì)量控制等科學(xué)技術(shù)。當(dāng)然，管理人員的自身素質(zhì)是管理工作中的決定因素，必須十分重視管理人員在管理環(huán)節(jié)中的作用。
CAE技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，像各種工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，例如工廠的建設(shè)，公路、鐵路、橋梁和隧道的建設(shè)；像大型工程項(xiàng)目，例如電站、水壩、水庫(kù)、船臺(tái)的建造，船舶及港口的建造和民用建筑等。它還可應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之中，及其它的企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理控制過(guò)程中，例如工廠的生產(chǎn)過(guò)程、公司的商業(yè)活動(dòng)等。
關(guān)鍵技術(shù)
計(jì)算機(jī)輔助關(guān)鍵技術(shù)
（1）計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)
CAE系統(tǒng)中表達(dá)信息的主要形式是圖形，特別是工程圖。在CAE運(yùn)行的過(guò)程中，用戶與計(jì)算機(jī)之間的信息交流是非常重要的。交流的主要手段之一是計(jì)算機(jī)圖形。所以，計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)是CAE系統(tǒng)的基礎(chǔ)和主要組成部分。
（2）三維實(shí)體造型
工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目和機(jī)械產(chǎn)品都是三維空間的形體。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員構(gòu)思形成的也是三維形體。CAE技術(shù)中的三維實(shí)體造型就是在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立三維形體的幾何模型，記錄下該形體的點(diǎn)、棱邊、面的幾何形狀及尺寸，以及各點(diǎn)、邊、面間的連接關(guān)系。
（3）數(shù)據(jù)交換技術(shù)
CAE系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)，個(gè)個(gè)功能模塊都是系統(tǒng)有機(jī)的組成部分，它們都應(yīng)有統(tǒng)一的幾類數(shù)據(jù)表示格式，是不同的子系統(tǒng)間、不同模塊間的數(shù)據(jù)交換順利進(jìn)行，充分發(fā)揮應(yīng)用軟件的效益，而且應(yīng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性和軟件的可再用性，以提高CAE系統(tǒng)的生產(chǎn)率。各種不同的CAE系統(tǒng)之間為了信息交換及資源共享的目的，也應(yīng)建立CAE系統(tǒng)軟件均應(yīng)遵守的數(shù)據(jù)交換規(guī)范。目前，國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)有GKS、IGES、PDES、STEP等。
（4）工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)
CAE系統(tǒng)中生成的幾何與拓?fù)鋽?shù)據(jù)，工程機(jī)械，工具的性能、數(shù)量、狀態(tài)，原材料的性能、數(shù)量、存放地點(diǎn)和價(jià)格，工藝數(shù)據(jù)和施工規(guī)范等數(shù)據(jù)必須通過(guò)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、讀取、處理和傳送。這些數(shù)據(jù)的有效組織和管理是建造CAE系統(tǒng)的又一關(guān)鍵技術(shù)，是CAE系統(tǒng)集成的核心。采用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）對(duì)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理是最好的技術(shù)手段。
（5）管理信息系統(tǒng)
工程管理的成敗，取決于能否做出有效的決策。一定的管理方法和管理手段是一定社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展水平的產(chǎn)物。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)不僅是人才與技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，而且是管理水平、經(jīng)營(yíng)方針的競(jìng)爭(zhēng)，是管理決策的競(jìng)爭(zhēng)。決策的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)取決于信息的質(zhì)量。所以，建立一個(gè)由人和計(jì)算機(jī)等組成的能進(jìn)行信息收集、傳輸、加工、保存、維護(hù)和使用的管理信息系統(tǒng)，有效地利用信息控制企業(yè)活動(dòng)是CAE系統(tǒng)具有戰(zhàn)略意義、事關(guān)全局的一環(huán)。工程的整個(gè)過(guò)程歸根結(jié)蒂是管理過(guò)程，工程的質(zhì)量與效益在很大程度上取決于管理。
CAE系統(tǒng)
CAE系統(tǒng)是一個(gè)包括工程各個(gè)環(huán)節(jié)的集成系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用的一個(gè)重要方面。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，大致可分為兩類：集中式系統(tǒng)和工作站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
在集中式系統(tǒng)中，視系統(tǒng)的需要配置一臺(tái)中、小型機(jī)或大型機(jī)，構(gòu)造成CAE系統(tǒng)的信息中心和指揮中心，其各個(gè)工程環(huán)節(jié)的分系統(tǒng)可以是該中心計(jì)算機(jī)的終端機(jī)、工作站，甚至是小型機(jī)，它們與中心機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。這種系統(tǒng)的中心機(jī)功能較強(qiáng)，是信息存儲(chǔ)的中心，也是信息傳送、處理的中心。這樣的系統(tǒng)一次性投資較大，使用起來(lái)靈活性不強(qiáng)。
采用工作站網(wǎng)絡(luò)來(lái)構(gòu)造CAE系統(tǒng)，各工程分系統(tǒng)分別設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)工作站，各自實(shí)現(xiàn)所擔(dān)負(fù)的功能，完成所分配的工作，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行信息的交換。這樣的系統(tǒng)造價(jià)較低，而且具有較強(qiáng)的靈活性，適合于工程項(xiàng)目復(fù)雜多變的特點(diǎn)。
技術(shù)概況
計(jì)算機(jī)輔助工程的特點(diǎn)是以工程和科學(xué)問(wèn)題為背景，建立計(jì)算模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。一方面，CAE技術(shù)的應(yīng)用，使許多過(guò)去受條件限制無(wú)法分析的復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬得到滿意的解答；另一方面，計(jì)算機(jī)輔助分析使大量繁雜的工程分析問(wèn)題簡(jiǎn)單化，使復(fù)雜的過(guò)程層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間，避免了低水平重復(fù)的工作，使工程分析更快、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用，同時(shí)CAE這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在國(guó)外得到了迅猛發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了許多相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步。
在影響計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)發(fā)展的諸多因素中，人才、計(jì)算機(jī)硬件和分析軟件是三個(gè)最主要的方面?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)為CAE技術(shù)奠定了良好的硬件基礎(chǔ)。多年來(lái)，重視CAE技術(shù)人才的培養(yǎng)和分析軟件的開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用，發(fā)達(dá)國(guó)家不僅在科技界而且在工程界已經(jīng)具有一支較強(qiáng)的掌握CAE技術(shù)的人才隊(duì)伍，同時(shí)在分析軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面也達(dá)到了較高水平。
美國(guó)于1998年成立了工程計(jì)算機(jī)模擬和仿真學(xué)會(huì)(Computer Modeling and Simulation in Engineering)，其它國(guó)家也成立了類似的學(xué)術(shù)組織。各國(guó)都在投入大量的人力和物力，加快人才的培養(yǎng)。正是各行業(yè)中大批掌握CAE技術(shù)的科技隊(duì)伍推動(dòng)了CAE技術(shù)的研究和工業(yè)化應(yīng)用，CAE技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域的科學(xué)研究，并普遍應(yīng)用于實(shí)際工程問(wèn)題，在解決許多復(fù)雜的工程分析方面發(fā)揮了重要作用。
國(guó)外對(duì)CAE技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用真正得到高速的發(fā)展和普遍應(yīng)用則是近年來(lái)的事。這一方面主要得益于計(jì)算機(jī)在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面則有賴于通用分析軟件的推出和完善。早期的CAE分析軟件一般都是基于大型計(jì)算機(jī)和工作站開(kāi)發(fā)的，近年來(lái)PC機(jī)性能的提高，使采用PC機(jī)進(jìn)行分析成為可能，促使許多CAE軟件被移植到PC機(jī)上應(yīng)用。這顯然對(duì)CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用極為有利。
衡量CAE技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一是分析軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。目前，一些發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面已達(dá)到了較高的水平，僅以有限元分析軟件為例，國(guó)際上不少先進(jìn)的大型通用有限元計(jì)算分析軟件的開(kāi)發(fā)已達(dá)到較成熟的階段并已商品化，如ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等。這些軟件具有良好的前后處理界面，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)程分析以及線性和非線性分析等多種強(qiáng)大的功能，都通過(guò)了各種不同行業(yè)的大量實(shí)際算例的反復(fù)驗(yàn)證，其解決復(fù)雜問(wèn)題的能力和效率，已得到學(xué)術(shù)界和工程界的公認(rèn)。在北美、歐洲和亞洲一些國(guó)家的機(jī)械、化工、土木、水利、材料、航空、船舶、冶金、汽車、電氣工業(yè)設(shè)計(jì)等許多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
就CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用而言，西方發(fā)達(dá)國(guó)家目前已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化階段。通過(guò)CAE與CAD、CAM等技術(shù)的結(jié)合，使企業(yè)能對(duì)現(xiàn)代市場(chǎng)產(chǎn)品的多樣性、復(fù)雜性、可*性、經(jīng)濟(jì)性等做出迅速反應(yīng)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。在許多行業(yè)中，計(jì)算機(jī)輔助分析已經(jīng)作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造流程中不可逾越的一種強(qiáng)制性的工藝規(guī)范加以實(shí)施。如，以國(guó)外某大汽車公司為例，絕大多數(shù)的汽車零部件設(shè)計(jì)都必須經(jīng)過(guò)多方面的計(jì)算機(jī)仿真分析，否則根本通不過(guò)設(shè)計(jì)審查，更談不上試制和投入生產(chǎn)。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬現(xiàn)在已不僅僅作為科學(xué)研究的一種手段，在生產(chǎn)實(shí)踐中也已作為必備工具普遍應(yīng)用。
2.中國(guó)CAE技術(shù)現(xiàn)狀
隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的提高，計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)也在中國(guó)蓬勃發(fā)展起來(lái)。科技界和政府的主管部門已經(jīng)認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)對(duì)提高中國(guó)科技水平，增強(qiáng)中國(guó)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力乃至整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)都具有重要意義。近年來(lái)，中國(guó)的CAE技術(shù)研究開(kāi)發(fā)和推廣應(yīng)用在許多行業(yè)和領(lǐng)域已取得了一定的成績(jī)。但從總體來(lái)看，研究和應(yīng)用的水平還不能說(shuō)很高，某些方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在不小的差距。從行業(yè)和地區(qū)分布方面來(lái)看，發(fā)展也還很不平衡。
目前，ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等大型通用有限元分析軟件已經(jīng)引進(jìn)中國(guó)，在汽車、航空、機(jī)械、材料等許多行業(yè)得到了應(yīng)用，而且中們?cè)谀承╊I(lǐng)域的應(yīng)用水平并不低。不少大型工程項(xiàng)目也采用了這類軟件進(jìn)行分析。中國(guó)已經(jīng)擁有一批科技人員在從事CAE技術(shù)的研究和應(yīng)用，取得了不少研究成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使中們?cè)贑AE技術(shù)方面緊跟住現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。但是，這些研究和應(yīng)用的領(lǐng)域以及分布的行業(yè)和地區(qū)還很有限，現(xiàn)在還主要局限于少數(shù)具有較強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的大型企業(yè)、部分大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)。
中國(guó)的計(jì)算機(jī)分析軟件開(kāi)發(fā)是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重地制約了CAE技術(shù)的發(fā)展。在CAE分析軟件開(kāi)發(fā)方面，中國(guó)目前至少落后于美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家十年。計(jì)算機(jī)軟件是高技術(shù)和高附加值的商品，目前的國(guó)際市場(chǎng)為美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家所壟斷。僅以有限元計(jì)算分析軟件為例，目前的世界年市場(chǎng)份額達(dá)5億美元，并且以每年 15%的速度遞增。相比之下，中國(guó)自己民族的軟件工業(yè)還非常弱小，僅占有很少量的市場(chǎng)份額。作為一個(gè)國(guó)家，一個(gè)民族不能長(zhǎng)期依賴于引進(jìn)外國(guó)的技術(shù)和產(chǎn)品，因此中們必須加大力度開(kāi)發(fā)自己的計(jì)算機(jī)分析軟件，只有這樣才能改變?cè)诩夹g(shù)上和經(jīng)濟(jì)上受制于人的局面。
中國(guó)的工業(yè)界在CAE技術(shù)的應(yīng)用方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比水平還比較低。大多數(shù)的工業(yè)企業(yè)對(duì)CAE技術(shù)還處于初步的認(rèn)同階段，CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)碾y度。這是因?yàn)?，一方面中們?nèi)鄙僮约洪_(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的計(jì)算機(jī)分析軟件，另一方面大量缺乏掌握CAE技術(shù)的科技人員。對(duì)于計(jì)算機(jī)分析軟件問(wèn)題，目前雖然可以通過(guò)技術(shù)引進(jìn)以解燃眉之急，但是，國(guó)外的這類分析軟件的價(jià)格一般都相當(dāng)貴，國(guó)內(nèi)不可能有很多企業(yè)購(gòu)買這類軟件來(lái)使用。而人才的培養(yǎng)則需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，這將是對(duì)中國(guó)CAE技術(shù)的推廣應(yīng)用產(chǎn)生嚴(yán)重影響的一個(gè)制約因素，而且很難在短期內(nèi)有明顯的改觀。提高中國(guó)工業(yè)企業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平，將 CAE 技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)與制造過(guò)程還是一項(xiàng)相當(dāng)艱巨的工作。
展望
計(jì)算機(jī)輔助工程展望
硬件方面，計(jì)算機(jī)將在高速化、小型化和大容量方面取得更大進(jìn)步。可以預(yù)見(jiàn)，不久的將來(lái)PC機(jī)將在運(yùn)行速度和存儲(chǔ)容量方面得到大幅度的提高，使許多CAE分析軟件都能在PC機(jī)上運(yùn)行。這將為CAE技術(shù)的普及創(chuàng)造更好的硬件基礎(chǔ)，促進(jìn)CAE技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。
軟件方面，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)仿真分析軟件將得到進(jìn)一步的完善。大型通用分析軟件的功能將愈來(lái)愈強(qiáng)大，界面也將愈來(lái)愈友好，涵蓋的工程領(lǐng)域?qū)⒂鷣?lái)愈普遍。同時(shí)，適用于某些專門用途的專用分析軟件也將受到重視并被逐步開(kāi)發(fā)完善起來(lái)。各行各業(yè)都將會(huì)具有適于各自領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)仿真分析軟件。
網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來(lái)也將對(duì)CAE技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)不可估量的促進(jìn)作用?，F(xiàn)在許多大的軟件公司已經(jīng)采用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)用戶在其分析過(guò)程中遇到的困難提供技術(shù)支持。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞，不僅對(duì)某些技術(shù)難題，甚至對(duì)于全面的CAE分析過(guò)程都有可能得到專家的技術(shù)支持，這必將在CAE 技術(shù)的推廣應(yīng)用方面發(fā)揮極為重要的作用。
中國(guó)加入WTO后，中國(guó)的產(chǎn)品已不再可能依*政府來(lái)保護(hù)自己的市場(chǎng)，必須與國(guó)際接軌，面對(duì)國(guó)際市場(chǎng)。工業(yè)界必須對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速反應(yīng)，縮短工程設(shè)計(jì)周期，優(yōu)化產(chǎn)品和節(jié)省造價(jià)，保證產(chǎn)品質(zhì)量，才能贏得市場(chǎng)。為此，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中應(yīng)用CAD、CAE和CAM等技術(shù)是最好的選擇，這已經(jīng)成為國(guó)際上科技界和工業(yè)界的共識(shí)。過(guò)去長(zhǎng)期沿用的那些靜態(tài)的、孤立的、繁雜的、不準(zhǔn)確的、甚至有時(shí)只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和分析方法必然將處于被淘汰的地位。中國(guó)的工業(yè)界要想在激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占有一席之地，就必須跟上現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，從現(xiàn)在起就應(yīng)該對(duì)CAE技術(shù)予以足夠的重視。
作為世界上發(fā)展速度最快的一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，CAE技術(shù)水平的提高將對(duì)增強(qiáng)中國(guó)工業(yè)界的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)揮重要作用。因此，中們必須加大對(duì)CAE技術(shù)的投入，加快開(kāi)發(fā)自己的計(jì)算機(jī)分析軟件，培養(yǎng)一批掌握CAE技術(shù)的人才。針對(duì)中國(guó)工業(yè)界，特別是中小企業(yè)的CAE技術(shù)還較為落后，缺乏專門人才的實(shí)際情況，如何利用飛速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將中們的人才和技術(shù)資源充分發(fā)揮出來(lái)為企業(yè)服務(wù)，是在CAE技術(shù)的發(fā)展中值得重視的一個(gè)問(wèn)題。
鋼鐵工業(yè)應(yīng)用
鋼鐵工業(yè)是世界工業(yè)化過(guò)程中最具成長(zhǎng)性的產(chǎn)業(yè)之一，長(zhǎng)期成為各個(gè)工業(yè)化國(guó)家的重要產(chǎn)業(yè)。在我國(guó)，雖然整個(gè)現(xiàn)代化建設(shè)以傳統(tǒng)原材料為基礎(chǔ)的狀況已在發(fā)生改變，但鋼鐵仍是基本的結(jié)構(gòu)材料和產(chǎn)量最大的功能材料。鋼鐵工業(yè)具有很強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)性，上游影響交通運(yùn)輸、采礦、耐火材料等產(chǎn)業(yè)，下游影響建筑、汽車、造船、金屬制品、機(jī)械電子等行業(yè)。
鋼鐵工業(yè)依然是工業(yè)化國(guó)家最重要的產(chǎn)業(yè)部門之一，其發(fā)展?fàn)顩r也是衡量其工業(yè)水平和綜合國(guó)力的重要指標(biāo)。
世界范圍內(nèi)鋼鐵工業(yè)正面臨著新技術(shù)蓬勃發(fā)展、結(jié)構(gòu)變革的局面。用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)鋼鐵工業(yè)，加速結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是發(fā)展鋼鐵工業(yè)的主流趨勢(shì)。計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)以其高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)在鋼鐵工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)CAE技術(shù)，可以對(duì)鋼鐵工業(yè)中從冶煉到加工的各個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)過(guò)程模擬、系統(tǒng)優(yōu)化、自動(dòng)控制，采用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、工藝參數(shù)及生產(chǎn)結(jié)果進(jìn)行模擬和對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，．以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的超前規(guī)劃和設(shè)計(jì)。
冶金設(shè)備作為冶金技術(shù)的載體，本身具有大型、重載、高速、連續(xù)、自動(dòng)化、精密化等特點(diǎn)，而且往往工作在高溫、重載、高粉塵、大沖擊等惡劣條件下，許多性能無(wú)法采用實(shí)物試驗(yàn)的方法獲得。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外冶金生產(chǎn)中，不斷出現(xiàn)重大設(shè)備事故，也都涉及到設(shè)備的力學(xué)行為。同時(shí)，冶金工業(yè)的發(fā)展對(duì)機(jī)械設(shè)備的性能和使用條件提出了許多新的要求。如近年出現(xiàn)的短流程技術(shù)及連鑄連軋技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)集中表現(xiàn)為要解決的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)問(wèn)題，包括強(qiáng)度問(wèn)題、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和傳熱及熱應(yīng)力問(wèn)題，也對(duì)冶金機(jī)械設(shè)計(jì)研究和開(kāi)發(fā)提出了更高的要求。因此CAE技術(shù)在冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)研究上也得到了廣泛的應(yīng)用。
1、CAE技術(shù)在煉鐵生產(chǎn)及煉鐵機(jī)械方面的應(yīng)用
CAE技術(shù)目前在煉鐵生產(chǎn)中取得的主要成果有：采用有限元法建立高爐復(fù)雜料面及中心裝焦條件下的煤氣流場(chǎng)和壓力場(chǎng)解析模型、高爐固態(tài)爐料流場(chǎng)和勢(shì)函數(shù)解析模型，分析高爐中心裝焦條件下的高爐狀況。利用CAE技術(shù)計(jì)算分析高爐冷卻水的穩(wěn)定性、流速、冷卻水管與冷卻壁本體的間隙及冷卻的高度對(duì)長(zhǎng)壽高效高爐冷卻壁壽命的影響。采用有限元法對(duì)高爐爐體結(jié)構(gòu)進(jìn)行應(yīng)力分析等。
隨著鋼鐵冶煉工藝復(fù)雜性的增加，冶煉中溫度、化學(xué)能、流體、受力、電力、磁力、振動(dòng)等多因素的影響越來(lái)越重要。因此考慮多個(gè)因素，進(jìn)行多相多態(tài)介質(zhì)耦合與多物理場(chǎng)耦合求解的冶煉過(guò)程模擬和分析將成為CAE技術(shù)研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。
在煉鐵機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，CAE主要發(fā)揮作用在于針對(duì)上料系統(tǒng)、燒結(jié)機(jī)、球團(tuán)造球機(jī)、回轉(zhuǎn)窯、開(kāi)鐵口機(jī)、液壓泥炮、鑄鐵機(jī)等一系列相關(guān)設(shè)備的力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了機(jī)械設(shè)備的效率和壽命，降低了機(jī)械的制造成本，在改善噪音和震動(dòng)方面也發(fā)揮了重要作用。
2、CAE技術(shù)在煉鋼生產(chǎn)及煉鋼設(shè)備方面的應(yīng)用
CAE技術(shù)目前在煉鋼生產(chǎn)中取得的主要成果有：濺渣護(hù)爐狀態(tài)下轉(zhuǎn)爐溫度場(chǎng)的模擬分析；廢鋼預(yù)熱電爐內(nèi)部的溫度場(chǎng)分析；吹氬鋼包內(nèi)鋼液的流動(dòng)狀態(tài)計(jì)算和實(shí)際測(cè)定；中間包的熱狀態(tài)的模擬計(jì)算；結(jié)晶器內(nèi)連鑄坯熱彈塑性應(yīng)力有限元數(shù)學(xué)模型的建立；連鑄小方坯凝固傳熱與應(yīng)力分析耦合數(shù)學(xué)模型的建立；坯殼與結(jié)晶器壁問(wèn)氣隙的大小和分布有限元分析；結(jié)晶器磨損對(duì)坯殼凝固行為和力學(xué)行為的影響分析；連鑄彎月面區(qū)域凝固傳熱有限元模型的建立等。
在煉鋼機(jī)械設(shè)計(jì)優(yōu)化方面，CAE技術(shù)主要成果有：大型轉(zhuǎn)爐爐殼應(yīng)力分析；大型轉(zhuǎn)爐托圈機(jī)械應(yīng)力及熱應(yīng)力分析；通過(guò)研究連鑄凝固傳熱過(guò)程和結(jié)晶器溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)等；對(duì)拉速、冷卻水流速、銅板厚度、水垢和銅板鍍層等工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并對(duì)結(jié)晶器、中間包等設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化。
薄板坯連鑄連軋是極具優(yōu)越性的短流程生產(chǎn)工藝，具有工序少、消耗低、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)。近年來(lái)科技工作者利用CAE技術(shù)對(duì)其進(jìn)行了大量的研究，主要集中在對(duì)薄板坯連鑄連軋的熱過(guò)程、薄板坯的補(bǔ)償加熱、應(yīng)變等方面的分析。
利用CAE技術(shù)對(duì)半凝固態(tài)加工、液芯軋制等過(guò)程也開(kāi)展了大量的理論研究工作，為生產(chǎn)工藝和設(shè)備的優(yōu)化提供幫助。
3、CAE技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)及軋鋼設(shè)備方面的應(yīng)用
目前鋼鐵工業(yè)中CAE技術(shù)運(yùn)用最廣泛的領(lǐng)域就是軋鋼生產(chǎn)。軋鋼生產(chǎn)的核心是材料加工過(guò)程，而CAE技術(shù)將物理冶金、現(xiàn)代材料學(xué)與計(jì)算力學(xué)、數(shù)值模擬技術(shù)相互結(jié)合，使材料加工過(guò)程的場(chǎng)變化(應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng))、加工件的尺寸、形狀變化、產(chǎn)品組織性能缺陷等的模擬、仿真和預(yù)報(bào)成為可能。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件水平的不斷提高，CAE模擬已成功地代替了大部分軋制物理模擬，人們采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)已成功地對(duì)各種軋制過(guò)程進(jìn)行了三維解析與模擬，有效地用于參數(shù)優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)報(bào)和設(shè)備設(shè)計(jì)，判斷變形過(guò)程是否可行或合理，并由軋件尺寸形狀預(yù)報(bào)和力學(xué)模擬轉(zhuǎn)到金屬組織性能預(yù)報(bào)和控制。
CAE技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用主要分為以下三個(gè)方面：軋制變形過(guò)程分析；軋制過(guò)程溫度場(chǎng)分析；軋輥等軋鋼機(jī)械零件分析等。CAE技術(shù)為控制軋鋼過(guò)程及成品質(zhì)量提供了理論依據(jù)。其中，大變形彈粘塑性熱力耦合，高剛度軋機(jī)及軋輥和軋件的多體耦合解析，特種斷面軋件的軋制過(guò)程模擬分析，軋件板型和板厚的精確控制調(diào)整等問(wèn)題仍有待人們運(yùn)用CAE技術(shù)去進(jìn)行更深一步的探索和研究。
CAE技術(shù)已成為鋼鐵工業(yè)中新工藝和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制、生產(chǎn)工藝優(yōu)化、設(shè)備能力考查和優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中不可缺少的重要手段。其應(yīng)用前景也越來(lái)越廣。
參考資料
[1]
智造網(wǎng)[引用日期2019-04-15]
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嘉興市，是中國(guó)浙江省地級(jí)市，位于浙江省東北部、長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原腹地，東接上海，北臨蘇州，南鄰杭州，與寧波、紹興隔江相望。市境介于東經(jīng)120°18′-121°16′，北緯30°21′-31°02′之間，總面積3915平方公里。嘉興市下轄南湖、秀洲2個(gè)區(qū)，嘉善、海鹽2個(gè)縣，平湖、海寧、桐鄉(xiāng)3個(gè)縣級(jí)市
巴格達(dá)（阿拉伯語(yǔ)：??????，阿拉米語(yǔ)：?????），古稱報(bào)達(dá)，《諸蕃志》稱 白達(dá)，伊拉克首都，同時(shí)它也是伊拉克巴格達(dá)省的首府，為伊拉克最大城市及經(jīng)濟(jì)文化中心。伊斯蘭世界歷史文化名城。巴格達(dá)這個(gè)名稱來(lái)自于波斯語(yǔ)，含義為“神（bagh）的贈(zèng)賜（dād）”。舊譯“報(bào)達(dá)”、“八哈塔”。
漢安帝劉祜（hù）（94年－125年4月30日），東漢第六位皇帝。劉祜是清河孝王劉慶的兒子，與漢殤帝劉隆是堂兄弟，同為漢章帝劉炟（dá）的孫子。延平元年八月辛亥（106年9月21日）漢殤帝早夭，癸丑（106年9月23日）鄧太后與鄧騭擁立13歲的劉祜為帝，第二年改年號(hào)永初，后又四易年號(hào)，分別為元初、永
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