聊一聊CAE与CAE工程师

CAE概述与实用指南


1. CAE的定义与核心思想




CAE，即计算机辅助工程，是以计算机为工具，解决工程设计中复杂结构力学性能及其优化问题的一种技术。其核心理念在于运用离散化技术将实际的连续体投影为有限数量的规则单元，通过求解单元方程，得出接近实际结构物理性能的近似结果。实现这一过程不仅将连续体问题简化转变为在节点处求解的离散体系问题，还极大地提高了工程分析的效率与准确性。

1.3 有限元法处理结构力学问题的基本步骤


结构离散化：通过划分单元，实现连续体到离散单元的模型构建。


单元分析：采用近似位移函数，依据虚功原理和物理规律，建立单元刚度方程。


整体分析：综合各个节点的力与位移关系，形成整体平衡方程。


引入约束条件：通过支承条件，求解整个结构的位移解。


计算其他量：基于位移解，推导其他物理量，如应变、应力等。


2. CAE分析的通用流程


简要概括CAE分析为三大步骤、八个子步骤：

1. 模型构建与前处理（50~60%时间）：包括结构方案的优化、模型的建立及数据输入。

2. 求解分析与结果评判（20~30%时间）：根据设计方案或理论预期，运用CAE软件进行仿真分析，评估方案的有效性与潜在风险。

3. 报告撰写与优化策略（10~20%时间）：根据分析结果，撰写报告，并提出优化策略建议。

3. CAE工程师的角色与要求

CAE工程师在理解设计要求后，负责模型的深入分析，并通过风险评估提出优化方案。在这个过程中，沟通能力、与CAD工程师的协作，以及对最终工程数据的验证计算同样至关重要。成为一个合格的CAE工程师，需要具备：

流程理解：熟练掌握从模型建立到报告撰写的整个CAE分析流程。


软件运用：精通至少一款前处理软件（如HyperMesh, ANSA）。

求解器精研：对至少一项求解器（例如NASTRAN, ABAQUS, ANSYS, LSTABNO, OPTISTRUCT）有深入理解。

模型审核：持续反思模型的准确性，结合理论评估、测试结果，保证模型的合理性。


精度评估：反复验证计算精度，并探索优化求解精度的方法。


4. CAE分析软件与工具选择

创选合适的CAE分析工具至关重要。市场上主流的软件种类繁多，选择软件时应侧重于其在特定工程领域的优势，寻其特点与适用场景，而非盲目追求“最强”。打造领域内软件使用效率与准确性的平衡，不仅反映了个人的专业实力，也是实际工程实践中最佳实践的体现。

此文档提供了从概念到实践的详细指导，覆盖了CAE分析的核心任务、工程师角色、分析流程的简化思维导图以及选择软件的关键考虑点，旨在帮助读者深化对CAE基础知识的理解和在实际项目中有效应用这一技术。