CAE仿真分析的案例
CAE仿真分析規范是什么？
來源：互聯網 作者：佚名
關鍵字：CAE 仿真分析規范
究竟什么是仿真分析規范，企業為什么要建立仿真規范，以及如何建立仿真分析規范呢？
仿真分析規范的概念
仿真分析規范是基于企業的產品特點，總結以往的仿真分析經驗、參照試驗數據、借鑒其它行業的相關標準，以理論為指導，制定出的一套規范化作業流程。CAE仿真規范主要包括兩部分，即基礎通用CAE仿真規范與主要CAE仿真業務涉及的分析規范兩大部分：
●基礎通用CAE仿真規范：指的是對于企業通常進行CAE仿真總體的工作規范，指導如何進行CAE仿真分析及管理，具體可以根據客戶的具體業務來分類，梳理；
●具體業務分析規范：指的是企業對于其研發的具體產品類型進行某一類型仿真分析的業務規范，比如某類型機匣強度分析規范，包括從模型的導入、幾何清理簡化、網格生成、材料等屬性賦予、邊界載荷設定、分析提交、結果處理、評價及報告編寫等，同時形成一套作業指導書，分析工程師按照作業指導書進行機匣的強度分析，以此保證工作效率、精度。因此需要根據企業自身的產品分類來進行梳理、規劃。
通常，會以企業研發的主要產品為研究對象，建立相應的仿真分析規范，用以規范企業的仿真分析。
企業為什么要建立仿真分析規范？
隨著CAE仿真分析工作在企業的開展，大量的工程師參與到CAE仿真分析工作中去，不同的分析工程師在分析過程中，由于自身掌握的相關專業知識、軟件掌握能力以及對產品本身的理解程度，往往在模型簡化、網格劃分、邊界條件的處理上各不相同，具有較大的隨意性，這就造成了不同的分析人員對于同一問題分析結果有一定差異，導致產品設計者對于分析結果的懷疑；在這種情況下要對此分析結果反復校核，浪費大量人力物力。
展開 FEMTransfer_仿真分析有限元CAE模型轉換工具軟件
FEMTransfer軟件在航空航天、船舶與海洋工程、海上風電等專業有著重要作用，這些行業進行CAE仿真分析時對梁單元具有非常苛刻的要求，要求梁單元必須具有精準的朝向和偏移量。市面上的全部有限元模型轉換軟件都無法做到準確地保證梁單元的朝向和偏移量，只有本軟件專注于該方向，而且我公司技術人員自己也常年使用，通過該軟件可以同時將多款CAE仿真分析軟件的優勢都融合到一起，極大地提高工作效率。另外，FEMTransfer軟件是一款不依賴任何外部插件、完全國產自主知識產權的純底層算法類軟件，可以針對性地根據用戶反饋意見改進和定制開發新功能，打破國外CAE仿真技術壟斷。
舉以下幾個案例，闡明FEMTransfer軟件能帶來的CAE仿真分析工作的革命性效率提高：1）Ansys軟件前處理人機交互界面并不太友好和高效率，可以通過Patran建立復雜的結構模型，然后通過本軟件直接導入Ansys軟件進行計算；2）先通過Sesam軟件的Genie模塊，可以非常便捷地一鍵實現梁單元的朝向和偏移，建模效率特別高，然后通過本軟件直接導入Patran/Ansys/Abaqus軟件，能夠使得建模效率提高至少2-3倍；3）在Ansys中通過命令流可以極其迅速地自動建立海上風機的模型，然后通過本軟件可以順利導入Abaqus軟件中，進行樁基-巖土這類非線性極強的樁土分析，這樣即可以利用Ansys的命令流極高的工作效率又可以利用Abaqus軟件擅長的樁土非線性分析。
展開 汽車NVH仿真分析之CAE
汽車舒適度決定著對客戶的體驗和購買行為，對動力系統NVH、車身NVH、底盤NVH三大部分的CAE仿真分析，能幫助汽車行業客戶有效降低NVH,提高汽車產品的市場競爭力。
CAE仿真分析軟件的發展趨勢
雖然CAE仿真分析軟件的功能已經相當強大，但它并不涉及各個領域。未來的發展應該具備以下功能。
變形系統與多提升系統的耦合分析
分析了衛星天線、機器人、起落架等可變形系統在形狀變化和載荷同時作用下的變形和振動；車輛與軌道、車輛與橋梁等多體耦合狀態的靜、動、振動分析。
多相環耦合與多物理場耦合分析
多物理場（力場、滲流場、溫度場、電磁場等）的非線性耦合分析；多相和多晶型（流體、固體）。氣環耦合分析。
多尺度耦合分析
從基本材料的組成和結構到復合材料，從合格材料到構件，再從構件到工程/產品，都有微觀和微觀模型；相反，微觀模型和微觀模型的無限疊加很難產生宏觀模型。因此，在工程/產品的精細分析中，客觀上會遇到多尺度模型的耦合問題。目前，CAE軟件僅限于宏觀物理力學模型的工程/產品分析。
從材料設計到工程/產品設計，CAE系統集成了仿真和優化。隨著計算材料科學的發展，在不久的將來，計算機輔助材料設計將融入CAE軟件中，實現對材料性能的預測和仿真，以及對零部件和整個產品的設計、性能預測和系統仿真，形成了一套集計算機輔助材料設計與制備、工程或產品設計、仿真、優化于一體的新一代CAE系統。
MEMS多晶介質的災變組合理論與亞微觀分析
隨著多物理場、多相、多狀態介質耦合理論和亞微米、納米科學的發展，開發用于MEMS設計計算的CAE仿真分析軟件已迫在眉睫。
對于多物理場的強匯流問題，多相、多狀態介質的匯流問題，特別是多尺度匯流問題，目前還沒有成熟可靠的理論，仍然處于基礎研究的前沿。它們已成為國內外科學家的主要研究對象。由于其強大的工業背景，基礎研究的任何突破都將迅速融入CAE軟件，以支持新興項目/產品的技術創新。
展開 
基于無網格仿真技術的特種車體結構分析
摘 要：為了提高CAE結構仿真計算的效率，縮短產品的設計研發周期。文中探索研究了無網格結構分析技術在復雜結構CAE仿真分析中的應用。以典型特種裝備車體結構為對比，采用無網格技術仿真計算了車體結構的模態、靜態及動態強度特性，計算結果與有限元方法之間的相對誤差分別只有4.8%、2.5%和1.9%，無論是模態振型還是應力分布狀態，無網格方法和有限元方法之間均具有很好的一致性。同時，相比于有限元方法，無網格方法的仿真計算效率提高了79.4%。為工程設計人員在產品設計過程中同步高效地開展結構的CAE仿真分析工作提供了有效的分析手段。
關鍵詞：無網格技術;有限元技術;模態分析;靜態分析;動態分析;
0 引言
在新產品設計過程中，通常需要采用CAE有限元仿真技術對產品結構的剛度、強度及疲勞可靠性等進行分析計算，找出結構設計薄弱環節，提出結構改進方案，從而提高產品性能[1,2]。傳統CAE結構仿真分析通常采用有限元方法，在開展仿真計算之前，需要完成對產品結構的幾何模型建模、劃分結構網格、對網格質量進行檢查等前處理工作。當結構模型較為復雜時，有限元前處理部分的工作往往占據整個CAE仿真分析過程的80%～90%左右[3,4]?？紤]到產品的設計研發周期，如果CAE結構仿真分析工作需要占用大量的時間，勢必會影響產品的研制進度和開發周期。
當前仿真驅動設計的研發理念要求產品的仿真分析工作能夠最大限度地與產品研發過程同步，這樣能夠對產品的設計結構進行快速迭代，加快產品的研發周期。
展開 通過CAE仿真法模擬手機屏小球沖擊實驗
通過以上案例可知，通過CAE仿真分析軟件可以有效模擬物理實驗并準確知道實驗的各項數據結果，為企業節約大量成本，同時能夠對產品各項性能進行驗證從而指導產品的優化設計。
新能源領域電連接器冷熱沖擊CAE仿真分析初探
因為塑膠材料和銅/鋁的熱膨脹系數差異較大，比如PA6兩者的差異最大能到10倍左右，PPS略好在1.5-3倍，如果基體材料不添加玻璃纖維或者彈性體及增韌劑做改性，冷熱沖擊試驗的過程，塑膠有開裂風險；
如何有效的預測此類產品是否會在冷熱沖擊過程中有開裂風險是目前行業的一大痛點，傳統的開發過程，需要在樣件階段進行冷熱沖擊物理試驗，如果試驗開裂，結構變更、模具變更、材料變更等周期長，成本高，如果在開發前期，通過CAE仿真的對產品結構、注塑工藝、材料選型等進行仿真計算，精確的預測開裂風險，可以有效的降低產品后期的變更風險，節省成本并縮短開發周期。
筆者在新能源電連接器領域深耕10年+，此領域CAE仿真分析的方法和過程經過多次迭代，基于最新的仿真分析方法，分析過程主要考慮的因素有：
a. 不同材料之間的接觸界面,
b. 注塑后塑膠收縮的殘余應力、
c. 注塑后玻纖分布、
d. 注塑后熔接線
e.
展開 為什么汽車膨脹箱設計要用到CAE仿真？
通過CAE仿真，在產品設計早期階段就能夠識別應力集中區域，有助于優化產品的設計，減少物理試驗。以下為元王CAE仿真專家為某企業膨脹箱產品做的氣密性仿真分析。
分析條件
負壓試驗：壓力：－99.3 kPa，環境溫度 ：25±3℃ ，試驗時間1min；
正壓試驗（水中）：壓力： 300 kPa ±10 kPa，環境溫度 ：25±3℃ ，試驗時間1 Min ；
正壓試驗（高溫箱中）：環境溫度 ：120℃±2.5℃ ，加壓力：200±10 kPa，加壓時間 ：10 Min加壓順序 ：0→200→0 kPa，加壓周期： 20±1 kPa/30 s，加壓方法：每30S升高20kpa氣壓，分10次加壓到200kpa，再分10次20kpa/30s降壓至0kpa為一個循環，一個循環剛好10分鐘；
要求：產品外觀無破損、變形。氣密性能需保持；
分析結果
常溫正壓300kpa及負壓99.3kpa工況下，膨脹箱體最大應力均低于所用材料屈服應力（33Mpa），焊接區域的最大應力亦低于所用材料許用應力（33*70%=23.1Mpa），部件失效風險低，不影響箱體的氣密性。
正壓0-200-0kpa氣密性分析圖
高溫120°C，正壓200kpa下，膨脹箱體最大應力超出所用材料屈服應力（33Mpa），出現在箱體下部固定區域處（熱變形導致），屈服風險高；除固定區域外，箱體其他區域最大應力均低于材料屈服應力，焊接區域最大應力亦低于材料許用應力，不影響箱體的氣密性。
根據元王CAE仿真分析結果，客戶對產品進行了有針對性的優化，促使產品各項性能最終圓滿達標，值得一提的是，根據客戶反饋數據顯示，此次CAE仿真分析參與的新產品設計，相比以往產品最終成型，時間上減少了60%，測試相關成本也節約了近50%。
展開 CAE在汽車出風口壓力分析中的應用
CAE在汽車出風口壓力分析中的應用
隨著國內汽車自主研發能力的快速發展，汽車CAE技術的應用幾乎貫穿了汽車設計的全過程，在現代汽車產品設計分析中扮演的角色也越來越重要。那么，今天小編以CAE技術在汽車出風口壓力分析的解決方案為例，給大家做個介紹。
汽車出風口各部件受到的壓力是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出葉片在2daN、5daN的壓力下CNSL、CENTER LEFT和DRIVER SIDE的受力情況等，為進一步改進結構設計提供了理論依據，為汽車行業在提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。汽車出風口的設計是否滿足要求，產品是否可靠？以下通過CAE仿真分析來確定產品在2daN、5daN壓力下的情況，檢測產品的可靠性。垂直于平面（2daN、5daN）模型如下圖所示：
垂直于平面（2daN）
垂直于平面（5daN）
使用軟件：Hypermesh,abaqus/standard
1.部件CNSL有限元模型爆炸圖：
部件CNSL在2daN和5daN下的 部分分析結果：
2daN
5daN
2.
展開 CAE在汽車優化設計的仿真分析與應用
結語
（1）以某車身扭轉剛度靈敏度分析為基礎，應用車身結構優化算法，通過對車身部分零件的厚度進行優化，實現車身輕量化優化設計，并通過試驗驗證。
（2）該車型輕量化設計減重31Kg，輕量化后扭轉剛度和尾門框菱形扭轉模態頻率分別提高4.4%和15.7%，車身前彎、后彎剛度分別下降2.42%和7.95%，均滿足設計目標要求。
（3）根據寶馬公司輕量化系數概念進行了擴展，并進行了基于扭轉剛度和一階菱形扭轉模態的輕量化評價。采用OptiStruct軟件對白車身進行輕量化設計，可以在滿足性能的同時實現減重軟件對白車身進行輕量化設計，可以在滿足性能的同時實現減重軟件對白車身進行輕量化設計，可以在滿足性能的同時實現減重軟件對白車身進行輕量化設計，可以在滿足性能的同時實現減重該方法簡便有效，可廣泛應用于同類結構的輕量化該方法簡便有效，可廣泛應用于同類結構的輕量化設計。
有限元科技小編有話說
作為行業領先的CAE技術服務公司，有限元科技致力于為客戶提供高水平的專業CAE應用服務。
10年來，有限元科技先后為汽車行業客戶制定、實施結構強度，跌落，沖擊，振動，疲勞壽命，模流，散熱，噪音，NVH、流體分析等CAE仿真分析，幫助客戶高效改進產品設計、提高產品性能、節省材料成本，最重要的是節約了原本需要多次試驗的大量資金和時間，快人一步，搶占市場先機！
展開 CAE仿真分析用不起？用不了？元王仿真云表示：不存在的！
Q:企業內部構建一個仿真體系需要多少錢？
A: 規模需求有別，不好估量，但總之四個字：投入不菲！
Q:做一次仿真分析需要多少錢？
A: “元王仿真云” 5秒告訴你！
CAE仿真技術是科技產業不可替代的分析、研究、設計、評價、決策、訓練的重要手段。不僅可以提高開發效率，縮短周期，加強數據采集、分析、處理能力，降低研發成本，對減少決策失誤，降低企業風險也能起到重要作用！
在國際標桿企業中，仿真技術運用的爐火純青，已成為設計的必備手段，可以替代大多數的試驗，為設計提供設依據，甚至成為研發的“驅動器”。
但CAE仿真技術在中國卻未達到普及的程度，于不少企業而言，CAE仿真依然如天邊云彩，可望而不可及。原因何在？
有客戶表示：“CAE仿真分析的好處我們當然知道，但是仿真軟件動轍百萬，團隊里也沒有既懂產品設計又懂CAE仿真的人才，實在是用不起，用不了。”
的確，CAE仿真的優勢有目共睹，對于中小企業來說真正的痛點在于“用不起”“用不了”。有多少企業沒有自己的仿真體系，想借助CAE技術改進設計，卻不得其門而入？
有限元科技新推出的仿真分析線上服務平臺——“元王仿真云”就是這扇“門”！無需購買軟件，不必懂得CAE技術，一切交給“元王仿真云”，聚焦企業痛點，真真正正為客戶解決難題。
a. 只需輸入行業類型、模型類型、零件個數，工況數量，5秒就可以得到項目仿真分析的價格；
b. 上傳詳細資料，即可獲得所需工期及精準報價，符合需求就可以直接在線下單；
c.
展開 
CAE仿真在汽車儀表板熱分析中的解決方案
汽車儀表盤PCB板的散熱是汽車行業在可靠性設計中經常會遇到的問題，通過CAE仿真指出PCB板里各組件的溫度，熱流道等，為進一步改進結構設計提供了理論依據，為汽車行業在提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
分析概述
汽車儀表盤的設計是否滿足要求，產品的溫度是否在安全系數內？我們通過CAE仿真分析來確定產品溫度上升的空間以及最大溫度的組件的情況，檢測產品的可靠性。通過分析發現產品的所有組件都滿足最低熱要求,熱性能良好。
分析結果
PCBA表面溫度分布(在分部裝配工作時)
外殼表面溫度分布(在分部裝配工作時)
剖切面的溫度 (在分部裝配工作時)
結論
最高結溫在LV47009上是 115攝氏度。
熱模擬、散熱器的溫度上升是大約在30攝氏度到80攝氏度。
所以組件可以滿足最低熱要求,熱性能良好。
展開 多合一電驅動系統的結構原理及CAE仿真分析
(a) 多合一電驅動系統
(b) 屏蔽板
圖7 最大3σ應力
綜上所述，多合一電驅動系統(除屏蔽板外)靜力學分析、掃頻振動分析、隨機振動分析結果均滿足要求。屏蔽板靜力學分析結果滿足要求，掃頻振動分析、隨機振動分析結果不滿足要求。因此，需要對屏蔽板進行改進設計，具體措施如下：
1) 增加屏蔽板安裝孔個數；
2) 將屏蔽板的材料更改為Q235，Q235的屈服強度為235 MPa，抗拉強度為375～500 MPa。
4 改進后CAE仿真分析
4.1 模態分析
根據仿真分析結果及經驗選取前十五階模態進行分析。仿真分析結果表示，一階模態為58.16 Hz，發生在屏蔽板處；二階模態為85.42 Hz，依然發生在屏蔽板處；控制器系統的整體模態發生在第十五階，大小為437.7 Hz，較改進前一階模態和模態密度均降低。
4.2 靜力學分析
借用上文中的載荷值作為輸入并對其進行簡化，取消表3中序號4、序號5表示的載荷，具體結果如表7所示。
表7 改進后靜力學分析結果
由表7可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大應力分別為13.704MPa和170.481 MPa，均滿足要求。
4.3 掃頻振動分析
借用上文的表4作為輸入進行仿真分析計算，具體結果如表8所示。
表8 改進后掃頻振動分析結果
由表8可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大應力分別為23.440MPa和65.752MPa，均滿足要求。
4.4 隨機振動分析
借用上文中的輸入條件進行仿真分析計算，具體結果如表9所示。
表9 改進后隨機振動分析結果
由表9可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大3σ應力分別為68.307 MPa和171.309 MPa，均滿足要求。
展開 多合一電驅動系統的結構原理及CAE仿真分析
(a) 多合一電驅動系統
(b) 屏蔽板
圖7 最大3σ應力
綜上所述，多合一電驅動系統(除屏蔽板外)靜力學分析、掃頻振動分析、隨機振動分析結果均滿足要求。屏蔽板靜力學分析結果滿足要求，掃頻振動分析、隨機振動分析結果不滿足要求。因此，需要對屏蔽板進行改進設計，具體措施如下：
1) 增加屏蔽板安裝孔個數；
2) 將屏蔽板的材料更改為Q235，Q235的屈服強度為235 MPa，抗拉強度為375～500 MPa。
4 改進后CAE仿真分析
4.1 模態分析
根據仿真分析結果及經驗選取前十五階模態進行分析。仿真分析結果表示，一階模態為58.16 Hz，發生在屏蔽板處；二階模態為85.42 Hz，依然發生在屏蔽板處；控制器系統的整體模態發生在第十五階，大小為437.7 Hz，較改進前一階模態和模態密度均降低。
4.2 靜力學分析
借用上文中的載荷值作為輸入并對其進行簡化，取消表3中序號4、序號5表示的載荷，具體結果如表7所示。
表7 改進后靜力學分析結果
由表7可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大應力分別為13.704MPa和170.481 MPa，均滿足要求。
4.3 掃頻振動分析
借用上文的表4作為輸入進行仿真分析計算，具體結果如表8所示。
表8 改進后掃頻振動分析結果
由表8可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大應力分別為23.440MPa和65.752MPa，均滿足要求。
4.4 隨機振動分析
借用上文中的輸入條件進行仿真分析計算，具體結果如表9所示。
表9 改進后隨機振動分析結果
由表9可知，多合一電驅動系統、屏蔽板的最大3σ應力分別為68.307 MPa和171.309 MPa，均滿足要求。
展開 全面了解高科技行業數字化轉型（基于CAE仿真、CATIA等達索系統軟件）
5月11日，達索系統誠邀您參加“2023達索系統企業轉型智造論壇—數字賦能智慧轉型”，屆時，您將與來自多專業CAE仿真分析、數字化工藝領域及相關科研機構和院校的領袖們齊聚一堂，共商共贏。
