这几年“CAE驱动设计流程”在大多数行业具有显著的吸引力，例如在航空航天、汽车、生物医药、消费品、国防、能源、电子、重工业及船舶工业。CAE被广泛接受的主要原因是因为仿真已被证明可以帮助：
l 新的创意设计
l 质量更优的产品，即提升材料使用率（更少材料＝更轻设计）
l 更快的设计，即通过 减少试错缩短开发周期、减少样机数量
换言之，仿真节省了时间，降低了成本，本质上增强公司的竞争力及其市场地位。
传统设计流程
做分析的时候,我们总是想达到最佳的设计，但是我们在进行最优设计时采用的方法和工具总是会产生相异性。在很多地方设计过程还是一个对原始设计进行反复的测试－纠错。这不是一个完善的设计流程，对于设计的更改要取决于工程师的经验。由于这些挑战和问题，不能确保得到最佳的设计。
为了克服这些困难，数值优化技术被用于探索／确定最佳的设计。采用Altair的设计理念，将概念优化设计置于设计流程的前期，在概念设计阶段就能形成好的初始设计方案。
初始设计方案
从优化好的概念设计开始CAE流程寻找最优设计 似乎是矛盾的，怎么可能呢？
从上图的详细的优化流程可见一斑，整个流程是：
1. 定义最大值／设计空间，如果需要, 可定义非设计空间
2. 划分有限元网格（设计区域和非设计区域）
3. 给定材料属性
4. 定义载荷与约束
5. 指定优化目标，比如指定最小的重量/体积，确保移位不超过特定的值
这种概念优化过程会回答一些重要的问题，比如从哪里去除材料和在哪里铺设加强筋等 。接着还可以采用Altair其他的优化设计方法进行进一步的设计，比如如何 改变局部几何以减少最大应力，或者加强筋应该多厚。
通过这样的设计流程会消除不必要的重新设计循环，不仅缩短了设计周期，而且也得到更有竞争力的产品。
CAE(Computer Aided Engineering)的全称为计算机辅助工程，一般包含以下的分析类型：
1) 线性静态分析 6) 疲劳分析
2) 非线性分析 7) 优化
3) 动力学分析 8) 流体分析
4) 屈曲分析 9) 碰撞分析
5) 热分析 10) NVH 分析
线性静态分析
线性静态分析
线性：
线性意味着直线。在线性分析中，有限元求解器将沿着直线来求解模型从开始到变形的状态。以材料线性行为为例，σ =ε E 是一条通过原点的直线(y = m x)。“E”，是弹性模量，是这条曲线的斜率，并且为常数。实际上，材料通过屈服点后，材料将遵循非线性曲线，但是求解器仍然使用直线。当材料达到应力极限后，此时部件将损坏，裂成两半，但是求解器仍然基于直线来进行计算，不会出现失效的地方，仅仅在将损坏的位置以红色来显示。
通过将最大应力与屈服强度或强度极限对比，分析可以得出部件安全或失效的结论。
静态:
满足静态分析的条件有如下两条：
1)施加的力是静止不变的，即是相对于时间来说没有变化。
平衡条件
2) 平衡条件∑forces (Fx , Fy , Fz)和∑Moments (Mx , My , Mz) = 0
有限元模型在每个节点满足以上条件。整个模型受到的合力和合力矩应该等于约束反力和反力矩。
线性求解器里需要求解的有限元完整等式是 F = K * u
F 是所有作用在模型上的外界力和力矩。
K 是模型的刚度矩阵，与材料和几何有关系。在线性分析里，K 是不变的。
U 是节点位移向量。
请注意所有以上的术语都是与时间或位移无关的，就如我们前面所描述的那样，这是线性分析。实际应用：最常见的分析，航空航天、汽车、海洋及土木工程行业都会进行线性静力分析。
非线性分析
非线性分析意味着:
l 非线性材料：力（应力）vs.位移（应变）曲线是非线性的（多项式拟合）。
l 几何非线性：现实生活中，刚度[K]是位移[d]的函数(记住：线性分析中[K]是不变的，独立于[d]。)这意味着在几何非线性分析中，在预定义的位移后，刚度矩阵 K 需要重新计算)。
l 接触非线性：在接触分析中，当部件进入接触或分离，刚度矩阵 K 是位移的函数。
l 在线性静力分析中使用的是工程应力和应变，而非线性分析中使用真实应力和应变。
非线性分析
*备注-什么是应变硬化指数？在超过屈服区域加载时，若使应变继续增大则需要增加载荷。这叫做加工硬化的影响，是在微观尺度上增加抗滑移变形的能力（多晶材料）。最终，应力-应变曲线点将达到最大强度极限应力点。
许多材料直到超过强度极限而破坏，试样横截面积的减少是不容易被肉眼观测到的。金属非线性广泛应用在汽车、航空航天和船舶行业上。从分析可以得到材料超过屈服点后的准确应力和应变值。真实应力应变数据是低周循环疲劳分析的基础。
非金属非线性广泛应用在汽车、航空航天工业，包含橡胶、塑料、石棉、纤维的分析中。蠕变-高温，即使是微弱的力，如果一直长时间作用（几月或几年）也会导致失效。应用在核电厂、热电厂、土木工程等。
几何非线性
现实生活中，刚度[K]是位移[d]的函数(记住：线性分析中[K]是不变的，独立于[d])。这意味着在几何非线性分析中，在预定义的位移后，刚度矩阵 K 需要重新计算。例如在屈曲发生后，几何刚度将显著的改变。为了计算得到正确的结果，所以应该考虑变形后的几何。
非线性材料
“如何确定几何非线性”，这个问题贴在了网络博客中可以搜索得到。但为了方便阅读，我们将佩曼.霍斯拉维 Peyman Khosravi 的答案写在下面：
我从事几何非线性的工作数年，也有同样的问题。起初我以为只是位移和转动的大小决定了是否几何非线性问题。比如，如果变形小就是线性问题，大就是几何非线性问题。然而，几何非线性并不仅限于大位移和大转动。
如果一个悬臂梁在末端承受力，它的位移只有其长度的 10 分之一，可以认为它是线性的。我的意思是在这种范围的变形下，你可以通过线性分析来得到较好的近似值。但是一个同样长度的简支拱，在同样的受力下，在突弹跳变改变形状之前，它的末端即使位移仍然很小，但确是高度非线性的。另外一个例子是，壳的屈曲，虽然初始变形很小但是经历的是一个非线性的行为。简而言之，我相信需要试验验证几何非线性而不是光靠看来判断。如果这个案例是关于屈曲和分岔分析，因为屈曲（突弹跳变）在只作用膜和轴力的小位移情况下即可发生，绝大多数情况下和几何非线性有关。
观察结构，判断变形是否由弯曲和轴力产生的。如果是轴力引起的，多半是几何非线性。如果是弯曲引起的并且变形较大，也是几何非线性问题。当然最好的方法是进行几何非线性分析，并且和线性分析对比，如果差别较大，当然就是几何非线性问题。
C. Contact-这种类型的非线性分析用在模拟部件之间的物理接触（轴承和轴、过盈配合等）。
苏公网安备 32059002002276号
