abaqus有限元仿真常见问题(一):数值仿真在产品研发中的作用

在当今欧美发达国家的工业企业中,有限元分析已成为产品研发过程中-个必不可少的重要环节。CAE 工程师在校核设计方案、保证产品质量、改进产品设计、降低产品成本提高产品强度和寿命等方面肩负重要的职责。对于一些复杂的关键部件,如果不经 CAE工程师分析确认设计方案,就不能投产,如果产品因设计不当而出现质量问题,CAE 工程师也负有不可推卸的责任。

 

数值仿真在全球制造业的发展历程可以分为5个阶段

  1. 只使用 CAD 产品设计。
  2. 开始使用少量 CAE 术。
  3. 综合应用各种成熟完整的 CAE 术,并合。
  4. CAE管用。
  5. 制造业的完全电子化,建立完整的 PLM (Product Lifecycle Management) 系统和知识库

 

目前,我国的制造企业仅停留在前 4 个阶段。有限元分析在我国的应用领域多是航空航天、汽车、造船等大型企业的核心设计部门,而不像发达国家那样广泛应用于普通的消费类产品设。

 

在我国,虽然有些企业已经应用 CAE 术进行产品的研发 CAE 起的作用仍与发达国家存在较大的差距。在我国的-·些企业中,CAE 的作用仅仅是为产品报告增加一些美观的图片,给出一些复杂的分析数据和曲线,让客户或上级领导知道“这个东西我们算过了”,而在整个产品研发过程中,并没有真正把计算机仿真放在核心的地位。

 

造成这种现象的原因是多方面的,就笔者的了解,可以归纳为以下几点:

 

“不需要”:总体来看,我国各行业的自主工业产品设计还处于初级阶段(例如上面提到的第-·个阶段),很多产品的设计工作仅仅是略微修改一下老产品的图样,而有限元分析并不是必不可少的。

 

2) “不了解”:有些企业大知道可以用有限件来分计算,对于有限软件具体能够分析什么并不十分了解,没有真正认识到有限元分析对企业发展的重要性。

 

3) “不信任”有些企误以为有限元能的,希望能给出任要的分析结果,希望计算结果能够与工程实际 100% 地吻合。当这些过度的期望落空后,就走向了另一个极端,认为它百无一用,没有必要为其花费大量经费,干脆弃之不用,回到多年来已经熟悉的传统方法上,用机械手册上的公式来大致估算,产品成功与否更多地依老工程师的经验。

 

在这些问题的背后,国内 CAE 工程师整体水平的缺是一个无法否认的事实。业界普遍认为,中国目前仍然非常缺乏优秀的 CAE 工程师。在高校教育过程中,缺少工程实践环节,很多教师偏向于理论研究,欠缺工程应用背景。机械、力学专业的学生尽管掌握了一定的有限元知识,但在走出校门后,一遇到工程实际问题就一筹莫展。他们面对复杂的模拟对象感到无从人手,所建的模型或者过于简单,没有体现出所模拟问题的重要特征,或者过于复杂,将大量精力和计算时间浪费在不重要的细节上,即使能够得到分析结果,也无从得知这个结果是否正确,准确度有多高。

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