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  研究目标:

      为克服有限元法的固有缺陷,我们提出了“完整实体CAE分析”概念和直接在CAD模型上进行CAE分析的边界面法(BFM)。我们总体研究目标是开发一套具有原创性的基于产品CAD模型的自动CAE分析软件。该软件能够高效高精度地分析任意工程结构和求解各种物理问题。可分析的结构包括微尺度结构(如MEMS)、小尺度结构(如机械结构)、大尺度结构(如水坝)、以及无限大结构(如地震波),等等;同时包括能够用解析面表达的结构(如机械结构)和不能用解析面表达的结构(如骨骼,泡沫材料等)。求解的物理问题包括工程结构的各种物理性能(如强度、刚度、断裂、疲劳)分析和物理现象仿真(如传热、声场、电磁波)等。

该目标分为近期目标和远期目标。

近期目标

以线弹性问题为应用背景,搭建一个完全融于CAD环境的任意复杂结构自动CAE分析软件框架, 实现CAE与CAD真正的无缝连接, 提高CAE 技术的自动化水平,推广CAE 技术在国内企业的应用,打破国外CAE 软件系统的垄断。
 
完整实体CAE分析软件具有以下特点: 
1) 直接在CAD模型上进行CAE分析,实现复杂结构CAE分析自动化。 
2) 避免使用抽象的一维、二维体单元(如杆、梁、板、壳单元),避免对结构作几何上的简化。任何结构(包括细长和薄型结构),从整体到局部细节,如机械结构中的倒角、焊缝、退刀槽和小圆孔等,都按照实际形状尺寸作为三维实体处理。 
3) 精确计算结构任意点的应力及局部应力集中值。 
4) 精确快速求解涉及无限域的问题(噪声、地震等),以及奇异性问题(如断裂韧性、疲劳、裂纹扩展等)。 

远期目标

增强和扩展第一期软件功能,进入到非线性和科学计算领域,具体包括塑性和大变形、裂纹和疲劳,压电和电磁波、分子动力学、MEMS和NEMS、多尺度计算,等等。使我们的软件能与国际商业软件(如NASTRAN、ABCUS和ANSYS等)相抗衡,甚至性能超过它们,从而进入国际商业软件市场,以产生广泛影响。软件的具体指标如下: 
1)计算精度高于国际主流有限元软件。由于本软件直接在三维CAD实体模型上进行分析计算,与有限元法相比,避免了单元离散带来的几何误差和单元假设引起的计算误差,特别是应力与位移具有同阶精度。同时,本软件可兼顾结构整体和局部细节。 
2)软件效率高于国际主流有限元软件。软件效率分人工工作效率和软件计算效率。人工工作效率远高于具有最强大前处理功能的国际主流有限元软件。因为本软件系统的网格完全自动产生,且对用户不可见,因而用户不用关心网格划分;计算效率达到或高于国际主流CAE软件。采用快速算法后,满阵方程求解的复杂度几乎线性化,同时在同样的精度要求下,边界面法需要的节点数(自由度)比有限元法要少得多。 
3)软件的实用性远高于国际主流有限元软件的水平。由于本软件是全自动分析软件,对使用者的理论知识的要求降到最低。用户不需要懂得计算力学专门知识,只需具备材料力学知识;不需要选择单元类型,只需根据实际情况定义材料、荷载和边界约束即可;施加约束和载荷也是在CAD的环境中完成,且都是具体直观地施加在几何体上,而不是网格节点上。因为分析始终在CAD交互环境中进行,所以可以立即根据计算结果修改结构,重新反复计算。因而极易在企业推广使用。
 

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