CAE模型的案例
模型校準(zhǔn)：利用HyperStudy校準(zhǔn)CAE模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)CAE仿真和實(shí)驗(yàn)的擬合 ￥15
CAE計(jì)算的力學(xué)曲線與實(shí)驗(yàn)測得的力學(xué)曲線擬合存在偏差，利用Hyperstudy校準(zhǔn)CAE模型參數(shù)，校準(zhǔn)后的參數(shù)輸入CAE模型，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算的力學(xué)曲線與實(shí)驗(yàn)測得的力學(xué)曲線擬合
面向CAE分析的CAD模型轉(zhuǎn)換研究
1 CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)及意義
考察面向CAE分析的CAD模型轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)和過程, 可以看出, 模型轉(zhuǎn)換在產(chǎn)品全數(shù)字化開發(fā)過程中具有以下特點(diǎn):
(1)避免了重復(fù)建模。對于設(shè)計(jì)時(shí)所獲得的產(chǎn)品CAD模型, 直接在此基礎(chǔ)上略做適于有限元分析的模型修正就可進(jìn)行CAE分析, 尤其對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品零件, 可節(jié)省大量建模時(shí)間(不希望重新建模,且一般CAE軟件的建模方法和功能不及CAD軟件)。
(2)保證了CAE分析的可靠性。CAD模型中通常含有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能和制造信息等, 這些信息不一定與CAE分析有關(guān), 為保證CAE過程中的分析精度及計(jì)算效率, 模型轉(zhuǎn)換中對于這些信息的處理也是必要的。
(3)滿足CAD/CAE/CAM集成的需要。如圖1,CAD的作用是形成數(shù)字化產(chǎn)品;CAE是對數(shù)字化產(chǎn)品的性能進(jìn)行分析或仿真,其目的是在產(chǎn)品樣機(jī)實(shí)現(xiàn)以前, 對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行全面預(yù)測和優(yōu)化, 以減少物理樣機(jī)的制作和試驗(yàn)次數(shù), 并提高產(chǎn)品性能;CAM則是對產(chǎn)品制造進(jìn)行設(shè)計(jì), 形成產(chǎn)品加工的工藝過程和數(shù)控代碼, 并利用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行制造。CAD、CAE、CAM 3種方法和手段的集成, 能夠大大提高產(chǎn)品的研發(fā)速度和質(zhì)量。
2 CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換中的處理手段
考慮到有限元分析中有模型計(jì)算的特點(diǎn), 在CAD/CAE模型轉(zhuǎn)換的過程中, 主要需要進(jìn)行以下幾個(gè)方面的工作。
2.1 CAD三維實(shí)體模型的簡化
盡管目前大型有限元分析軟件都提供了與CAD軟件的接口, 但在多數(shù)情況下, CAD的模型往往不適合直接用于有限元分析, 需要對CAD三維實(shí)體降維、對稱化以進(jìn)行模型簡化及修改。
2.1.1 模型的降維
降維就是要用具有高維實(shí)體屬性的低維實(shí)體表示高維實(shí)體。降維處理的目的是在滿足分析要求的情況下, 減少求解方程的個(gè)數(shù), 縮短計(jì)算時(shí)間。
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軟件當(dāng)中，Abaqus與Pamcrash(VPS) 兩大求解器使用非常普遍，因此這兩種CAE數(shù)據(jù)模型的轉(zhuǎn)換需求就非常頻繁，CAE工程師在進(jìn)行文件格式轉(zhuǎn)換的過程中，往往因?yàn)殛P(guān)鍵字、節(jié)點(diǎn)、材料等問題導(dǎo)致轉(zhuǎn)換后格式文件不可用，解決這些問題占用了仿真工程師大量的工作時(shí)間。
福特金牛座整車碰撞CAE模型及試驗(yàn)對標(biāo)分析結(jié)果(lsdyna格式) ￥70
本帖包含福特金牛座整車碰撞模型（lsdyna格式）和試驗(yàn)對標(biāo)的結(jié)果文件，對于初學(xué)整車碰撞分析及優(yōu)化的有很好的指導(dǎo)作用。除此之外還有很多整車碰撞CAE模型，如有需要可私信我。
abaqus/hypermesh汽車前門下垂分析CAE模型及報(bào)告 ￥55
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abaqus電池包熱力耦合分析（附CAE模型及分析流程） ￥88
對模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，保留主體電芯和 PC 部分，約束電池組底部 Z 方向，電芯部分給定生熱源，電池組外表面給定自然對流散熱 邊界條件，模擬電池組溫度變化和應(yīng)力變化。 由于需要進(jìn)行實(shí)時(shí)熱力耦合分析，因此電池，PC 材料等采用實(shí)體建模，設(shè)定相關(guān)的 coupling 耦合單元和 tie 約束，建立電芯和 PC 材料之間的接觸關(guān)系（包括熱接觸）。
2 分析過程 一般來說，針對熱力學(xué)問題，通常有順序耦合和完全耦合兩種方法。順序耦合是先進(jìn)行 熱傳導(dǎo)分析，得到溫度分布結(jié)果，然后把溫度分布結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析模型上。 完全耦合 則是直接在 abaqus 中直接給建立的 coupled temp-displacement 分析步，完全實(shí)時(shí)同步計(jì)算 溫度變化和應(yīng)力變化，并可考慮溫度和結(jié)構(gòu)變形之間的互相影響。
2.1 有限元計(jì)算
2.1.1 幾何處理 在 CAD 軟件中進(jìn)行簡單處理后，導(dǎo)入 Abaqus 中，需要對零件進(jìn)行幾何清理和修復(fù)，刪 除不必要的細(xì)節(jié)特征。
2.1.2 賦予材料屬性 根據(jù)不同材料電池，PC 等賦予相應(yīng)的材料參數(shù)，注意因?yàn)檫@里需要進(jìn)行完全熱力耦合分析， 因此材料參數(shù)必須同時(shí)具有力學(xué)參數(shù)和熱學(xué)參數(shù)，包括：密度，彈性模量，泊松比，塑性曲 線，熱膨脹系數(shù)，熱導(dǎo)率，比熱等， 如下圖所示：
2.1.3 模型裝配 在 Abaqus 中裝配的模型，通在 CAD 軟件中裝配位置關(guān)系完全一致。如果在 CAD 軟件中 已經(jīng)裝配即可。 這里由于單個(gè)電池芯模型一致， 因此為減小前處理工作量， 在 Abaqus 中對單個(gè)電芯進(jìn)行陣列處理，后期只需要分析修改單個(gè)電芯模型， 整個(gè)裝配體所有電芯模 型自動(dòng)更新。
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展開 abaqus電池包跌落仿真分析（附CAE模型及分析流程） ￥80
前處理軟件使用 <a href="/major/abaqus">abaqus">Abaqus 2017 CAE完成網(wǎng)格劃分、連接關(guān)系的創(chuàng)建材料屬性定義 、載荷的施加和分析步的設(shè)置。
1. 連接關(guān)系
電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下： 電池包各部件之間的連接方式如下：
1. 模組與兩端板之間通過長螺桿連接 ；
2. 端板與支撐之間通過螺栓連接；
3. 上下蓋之間通過螺栓連接 ；
4. 箱體與支撐板直接通過焊接連；
5. 箱體與外部承載板之間通過焊接連；
2. 設(shè)置分析步
3.接觸設(shè)置
4. 邊界條件和載荷
5. 提交計(jì)算
6.查看結(jié)果
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三、 有限元模型 有限元模型
電池 組的模型包括 鋁殼 ，鎳片 ，銅鎳片 ，銅，電池上支架 電池上支架 ，電池下支架 ，電池 和電 池膠蓋 。整個(gè)裝配體模型共使用 34 萬個(gè)節(jié)點(diǎn)與 14 萬個(gè)單元， 鋁殼 和鎳片 省略焊 點(diǎn)圓孔， 銅片 使用 S4R 和 S3殼單元，電池包的上蓋和下使用 C3D10M 二階四 面體單元。
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基于Python語言的用于Abaqus的隨機(jī)振動(dòng)分析的CAE模型的模板 ￥9
<p>對于公司產(chǎn)品開發(fā)過程中，基本每個(gè)項(xiàng)目都會(huì)重復(fù)進(jìn)行某類CAE分析，如隨機(jī)振動(dòng)分析，頻率響應(yīng)分析，或機(jī)械沖擊分析，基于這類重復(fù)性的工作，可以制作分析模板來提高工作效率，下面就以隨機(jī)振動(dòng)為例，使用Python程序語言來創(chuàng)建用于Abaqus隨機(jī)振動(dòng)分析的CAE模型的模板，該模板適合6.12以上的版本，對于舊的Abaqus版本，隨機(jī)振動(dòng)分析需要利用添加關(guān)鍵字來創(chuàng)建PSD表和隨機(jī)振動(dòng)載荷邊界（低版本Abaqus有一定的局限性，建議使用高版本）。</p><p>該分析模板的模型導(dǎo)入也很簡單</p><p>方法一：File>Run Script，選擇模型的文件 .py，點(diǎn)擊OK即可</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202003/6ab9aca7e6e04404a83595d0665a335d.jpg" height="486" width="335"></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202003/d3afaa214b2b4a46833946fd30b97723.gif"></p><p><br></p><p>方法二：用文本打開模型 .py文件，復(fù)制里面的所有內(nèi)容，在軟件界面下端粘貼運(yùn)行即可（如下圖所示）。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202003/2a047dc5e49e404c8b9db51021838d44.jpg" height="259" width="414"></p><p><br></p><p>下面為該模板模型的部分代碼示意圖，代碼中有中文注釋，方便讀者閱讀，這些代碼對于Python創(chuàng)建Abaqus模型的初學(xué)者也有一定的幫助。
展開 3D打印模型導(dǎo)入CAE軟件
3D打印模型導(dǎo)入CAE軟件
下面這個(gè)模型是一個(gè)3D打印模型，網(wǎng)上很多的3D打印網(wǎng)站均可以下載，其格式后綴為STL，STL 文件由多個(gè)三角形面片的定義組成，每個(gè)三角形面片的定義包括三角形各個(gè)定點(diǎn)的三維坐標(biāo)及三角形面片的法矢量。
圖1
很多用于復(fù)雜表面的模型用CAE軟件很難建立，往往需要借助其他的三維建模軟件，甚至還可以借助三維掃描得到模型。
對于佛像的CAE分析，常見的是自重分析，因?yàn)榘l(fā)生過不少佛像坍塌的現(xiàn)象。
不管是ANSYS還是Abaqus抑或Workbench均不可以直接導(dǎo)入STL格式的文件，在此可以借助HyperMesh，導(dǎo)入STL格式的文件是通過導(dǎo)入Solver Deck而非Geometry，如下所示：
圖2
STL文件直接在HyperMesh導(dǎo)進(jìn)來后如下所示：綠呼呼的一大片，只能看到大概輪廓，放大局部可以發(fā)現(xiàn)都是三角形的網(wǎng)格組成的。
圖3
在這里可以選擇直接輸出，輸出為Abaqus能夠識別的inp后綴的文件。
之后打開Abaqus，選擇import Model，選擇從HyperMesh導(dǎo)出的inp文件，即可導(dǎo)入模型。
導(dǎo)進(jìn)來的模型是Orphan mesh模型，具有單元和節(jié)點(diǎn)，沒有幾何信息，看看Abaqus中的模型如下，導(dǎo)進(jìn)來的模型的默認(rèn)單元類型為shell，很有意思。
圖4
Abaqus中可以通過孤立的單元生成曲面，在Part模塊下的Geometry Edit下面，如下所示，通過單元的表面生成face，密密麻麻的單元可以一一生成表面，如果考慮整體生成的話，曲面復(fù)雜的時(shí)候會(huì)遇到一定的問題。
圖5
同樣的，也可以在Workbench中導(dǎo)入此模型，需要先拖出一個(gè)Finite Element Modeler，然后如下，選擇前面在HyperMesh中導(dǎo)出的inp文件即可導(dǎo)入模型。
展開 Isight通用集成之HyperMesh
幸運(yùn)的是，我們在集成HyperMesh過程中，往往只要求其導(dǎo)出相應(yīng)的CAE模型，并不需要Isight進(jìn)一步讀取該模型中的信息。暫時(shí)并不需要考慮CAE模型的導(dǎo)出位置，但是在之后的分析中，我們又不得不考慮這么一個(gè)問題，CAE建模的主要目的是為了求解分析，為了進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，我們必須保證在有限元前處理參數(shù)修改之后，得到一個(gè)新的CAE模型，由于我們并不能在每次迭代時(shí)修改模型的輸出位置，從而會(huì)從第二次迭代開始，產(chǎn)生這么一個(gè)問題：新的CAE模型替換舊的CAE模型，YES or NO？這就要求在每次迭代之后，我們必須做一個(gè)肯定的選擇。
------------------以上內(nèi)容為Isight集成邏輯分析，只在乎結(jié)論者可忽略------------------
在導(dǎo)出CAE模型之后，我們需要關(guān)閉HyperMesh，重新打開重新處理，然后選擇同樣的導(dǎo)出位置，此時(shí)軟件會(huì)提醒你是否替換就的模型，選擇是，之后再關(guān)閉軟件。這樣，腳本文件中便會(huì)記錄這些信息，從而保證每次迭過程中，模型隨著尺寸的變化而變化。
如果同時(shí)查看腳本文件，會(huì)發(fā)現(xiàn)選擇替換的命令為：
*answer(yes)
很多腳本命令其實(shí)都很簡單，注意觀察其中的差別及含義，在很大程度上會(huì)提升我們的工作效率。
b.同時(shí)，在利用HyperMesh處理網(wǎng)格時(shí)，往往需要導(dǎo)入由三維建模軟件（例如Pro-E）建立的CAD模型，這就需要注意其導(dǎo)入路徑。
c. 接下來需要驗(yàn)證以上文件的可靠性，將所需文件（除去結(jié)果文件，注意需要導(dǎo)入的CAD文件）拷貝至同一英文路徑下，雙擊批處理文件（“.bat”），在該文件下查看是否能夠生成結(jié)果文件（或者在指定的導(dǎo)出位置下尋找），如果沒有生成，請檢查以下幾個(gè)方面：
1）驗(yàn)證分析軟件是否運(yùn)行；
2）驗(yàn)證結(jié)果文件是否生成；
3）驗(yàn)證生成位置。
展開 
基于機(jī)器學(xué)習(xí)和代理模型的CAE參數(shù)優(yōu)化模型建立
通過訓(xùn)練集進(jìn)行支持向量機(jī)模型的訓(xùn)練，并通過測試集進(jìn)行對模型精度的測試。通常CAE分析優(yōu)化代理模型精度是使用R2值進(jìn)行評價(jià)的，一般要求大于95%。
這里定義一個(gè)計(jì)算R2值的函數(shù)。
綠色曲線為真實(shí)CAE計(jì)算值，紅色曲線點(diǎn)為支持向量機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測值。
綠色曲線為真實(shí)CAE計(jì)算值，紅色曲線點(diǎn)為貝葉斯嶺回歸機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測值。
以上數(shù)據(jù)中第一列為真實(shí)CAE計(jì)算結(jié)果，第二列為AI模型預(yù)測結(jié)果，第三列為差異百分比。可以看出精度很高。
本例中實(shí)質(zhì)是在進(jìn)行回歸分析，因此回歸機(jī)器學(xué)習(xí)模型都可以用于本例中數(shù)據(jù)的處理。如多項(xiàng)式回歸、嶺回歸、決策樹回歸和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸等。
三.代理模型（元模型）
傳統(tǒng)的代理模型包括徑向基函數(shù)、多項(xiàng)式、Kriging等等模型。本例中介紹Kriging代理模型生成。
定義Kriging代理模型生成函數(shù)，并通過訓(xùn)練集進(jìn)行代理模型生成。然后通過訓(xùn)練集進(jìn)行模型精度測試。
可以發(fā)現(xiàn)，在小數(shù)據(jù)集時(shí)傳統(tǒng)的代理模型要比機(jī)器學(xué)習(xí)模型精度高的多，而隨著數(shù)據(jù)集的增大時(shí)，機(jī)器學(xué)習(xí)模型的精度會(huì)隨著數(shù)據(jù)集的增大而提高。
為了進(jìn)行對比，使用優(yōu)化軟件進(jìn)行相關(guān)分析。本例中使用modefrontier進(jìn)行。通過將數(shù)據(jù)集按8:2分為訓(xùn)練集和測試集數(shù)據(jù)。
為了進(jìn)行對比，選擇Kriging模型。Modefrontier同樣有機(jī)器學(xué)習(xí)模型，如支持向量機(jī)回歸，K近鄰、多層感知機(jī)等等。這方面modefrontier較其他優(yōu)化軟件要先進(jìn)的多。包括數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容也較其他優(yōu)化軟件更加豐富。
在測試集中進(jìn)行分析后，代理模型計(jì)算結(jié)果和真實(shí)結(jié)果偏差曲線。
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CAE技術(shù)在數(shù)字孿生中的作用及可行性
2)車的CAE物理模型：車和人類似，但是其稍微復(fù)雜，所以車可以是點(diǎn)元的擴(kuò)充，比如可以把車的大體輪廓以及與路面接觸的輪胎著力點(diǎn)做出來，這樣車的模型就可以是點(diǎn)元與面元的綜合。
3)橋面的CAE物理模型：橋面是核心，點(diǎn)元估計(jì)是不行的。橋面應(yīng)該建立什么模型呢？至少需要線元和面元，還包括局部的體元。需要線元是因?yàn)槠溆?jì)算量少可以快速評估其承載變形，需要面元是因?yàn)槠溆?jì)算量適中可以快速評估一定的強(qiáng)度分布，需要體元是因?yàn)槠渚植繀^(qū)域的強(qiáng)度、損傷、疲勞以及斷裂情況需要關(guān)注。當(dāng)然具體應(yīng)該建立哪一種CAE模型，還需要進(jìn)一步確認(rèn)，也就是說橋面的建模會(huì)是線元、面元以及體元的結(jié)合體。
4)橋柱的CAE物理模型：橋柱與橋面的情況差不多，當(dāng)然在某些情況下，橋柱的模型可能為0，因?yàn)槠淇赏ㄟ^CAE中的載荷工況條件來代替，也就是行業(yè)內(nèi)常說的橋柱對橋面的支撐效果，估計(jì)傻了吧，橋柱可以不建模。
5)地基的CAE物理模型：地基與橋柱的CAE物理模型情況幾乎一樣。
CAE技術(shù)的三大要素
5大實(shí)體模型按照以上思路建模，基本上就把物理模型描述清楚了，再進(jìn)步處理各自的力學(xué)連接關(guān)系，就可以用于實(shí)際計(jì)算了。考慮到高架橋段交付前后的差異，以及在實(shí)際使用過程中的變化，還需要對5大實(shí)體模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過數(shù)據(jù)變量接收各種載荷信息并重新計(jì)算、重新構(gòu)型以及實(shí)時(shí)演變，這些情況是可以實(shí)現(xiàn)的，本文不詳細(xì)描述。
CAE物理模型的創(chuàng)建過程盡管看起來比較抽象，但是對于一線CAE工程師而言，并不是遙不可及的，都是每天實(shí)實(shí)在在解決的問題。我們需要的只是沉下心來一一完成各種技術(shù)細(xì)節(jié)以及內(nèi)容而已。
展開 如何提高網(wǎng)格匹配率,從流體CAE三種模型談起
Fusion模型是雙層面模型，即將產(chǎn)品的3D模型簡化為外表面和內(nèi)表面耦合而成的雙面流模型。
3D模型顯然就是實(shí)體模型，有限元網(wǎng)格不同于midplane模型和Fusion模型所采用的2維三角面元，而采用能夠真正反映實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)的3維4面體單元。
在分析時(shí)間上MIDPLANE最短，3D最長；在計(jì)算精度上3D最準(zhǔn)確；從實(shí)用角度講，我個(gè)人比較喜歡用MIDPLANE來做分析。因?yàn)橹忻?em>模型久經(jīng)考驗(yàn)，分析可靠，計(jì)算時(shí)間短。
中面流（Midplane）技術(shù)的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。所謂中面就是提取的位于模具型腔和型芯中間的層面來簡化3D模型。用一維和二維的耦合算法和來代替三維計(jì)算。基于中面流技術(shù)的注塑流動(dòng)模擬軟件應(yīng)用的時(shí)間最長、范圍最廣。但實(shí)踐表明，基于中面流技術(shù)的 注塑模CAE軟件在應(yīng)用中具有很大的局限性：(1) 專業(yè)的注塑模CAE軟件造型功能較差，采用手工操作直接構(gòu)造中面模型十分困難，建構(gòu)過程往往需要花費(fèi)大量的時(shí)間；(2)由CAE軟件根據(jù)產(chǎn)品三維模型自動(dòng)計(jì)算生成中面模型的效果不理想，網(wǎng)格修補(bǔ)工作量大；(3)由于CAD階段使用的是產(chǎn)品的物理模型，而CAE階段使用的是產(chǎn)品的數(shù)學(xué)模型，兩者的不統(tǒng)一，使得二次建模不可避免。由此可見，中面模型已經(jīng)成為了注塑模CAE技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
20世紀(jì)90年代后期雙面流（Fusion）技術(shù)誕生。雙面流是指在制品的內(nèi)外表面產(chǎn)生有限元網(wǎng)格，而不是在中間面。雙面流技術(shù)所應(yīng)用的原理與中面流沒有本質(zhì)上的差別，所不同只是將沿中面流動(dòng)的單層料流演變?yōu)檠厣舷卤砻鎱f(xié)調(diào)流動(dòng)的雙層料流。目前基于雙面流技術(shù)的注塑模CAE軟件均可以將CAD系統(tǒng)輸出的三維模型的STL文件格式轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型。因此與中面流技術(shù)相比在模型處理上卻大大減輕了用戶建模的負(fù)擔(dān)，提高了有限元建模的效率。因此基于雙面流技術(shù)的注塑模CAE軟件在全世界擁有了龐大的用戶群，得到了廣大用戶的支持和好評。
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