摘要：CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程，是一种利用计算机技术和数值分析方法，求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数
CAE（Computer Aided Engineering）即计算机辅助工程，是一种利用计算机技术和数值分析方法，求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE的核心思想是将实际结构离散化为有限数目的规则单元组合体，通过对这些离散体的分析，得出满足工程精度的近似结果，从而解决许多实际工程问题。
CAE软件在工程设计和分析中发挥着至关重要的作用。它集成了计算机科学、物理学、数学等多个领域的知识，能够对复杂的工程系统进行建模、仿真和分析。具体来说，CAE软件的主要功能包括静态结构分析、动态分析、研究线性与非线性问题、分析结构（固体）、流体、电磁等。
1.性能预测与优化：在产品设计和研发阶段，CAE软件可以通过仿真模拟来预测产品的性能、可靠性和耐久性。这有助于工程师在设计阶段就发现并解决潜在的问题，从而避免在后续阶段进行昂贵的修改和重新设计。此外，CAE软件还可以用于优化产品的设计，以提高其性能、降低成本和延长使用寿命。
2.减少实验和试验成本：传统的产品设计和研发过程需要进行大量的实验和试验来验证产品的性能和可靠性。然而，这些实验和试验往往成本高昂且耗时较长。通过使用CAE软件，工程师可以在计算机上进行虚拟实验和仿真，从而大大减少实际实验的次数和成本。这不仅可以节省时间和资源，还可以降低产品开发和生产的风险。
3.提高设计和研发效率：CAE软件可以自动化许多繁琐的设计和分析过程，从而提高设计和研发的效率。例如，工程师可以使用CAE软件快速生成和分析产品的三维模型，进行结构分析、流体分析、热力学分析等，以评估产品的性能和可靠性。此外，CAE软件还可以用于优化产品的设计参数和工艺参数，以提高产品的质量和性能。
4.支持多学科优化设计：现代产品设计往往涉及多个学科领域的知识和技术，如结构力学、流体动力学、热力学、电磁学等。CAE软件可以支持多学科优化设计，将不同学科领域的知识和技术融合在一起，以优化产品的整体性能和可靠性。这有助于工程师在设计和研发过程中综合考虑各种因素，从而开发出更加优秀的产品。
5.促进协同设计和制造：CAE软件可以与计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）等软件集成在一起，形成完整的计算机辅助设计和制造系统。这有助于促进协同设计和制造，提高整个设计和制造过程的效率和准确性。例如，工程师可以使用CAE软件对产品的三维模型进行仿真分析，然后将分析结果直接传递给CAD软件进行设计和修改，最后再将设计数据传递给CAM软件进行制造和加工。
Abaqus和CATIA是两款热门的CAE软件，它们在工程设计和分析中发挥着重要作用。以下是这两款软件的主要优势和特点：
1.Abaqus
Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于航空航天、汽车、能源、建筑等领域。Abaqus的主要优势包括：
1）强大的非线性分析能力：Abaqus在非线性分析方面表现出色，能够处理各种复杂的非线性问题，如材料的非线性行为（如弹塑性、超弹性、蠕变等）、几何非线性（如大变形、大应变问题）以及接触非线性（包括各种复杂的接触类型和摩擦状况）。这使得Abaqus在模拟复杂工程问题方面具有很高的准确性和可靠性。
2）丰富的材料模型库：Abaqus内置了丰富的材料模型库，涵盖了从常见的金属材料到各种特殊材料的模型。这些材料模型可以准确地描述材料的物理和化学性质，从而确保仿真结果的准确性和可靠性。此外，Abaqus还支持用户自定义材料模型，以满足特定应用的需求。
3）高效的多体动力学分析：Abaqus能够精确处理多个刚体或柔性体之间的连接、约束和相互作用，模拟系统在各种动态激励下的运动响应。这使得Abaqus在模拟复杂机械系统和运动部件方面具有很高的精度和效率。
4）灵活的单元库与网格划分技术：Abaqus提供了多种单元类型，如实体单元、壳单元、梁单元等，并且用户可以对网格进行手动控制和局部细化，以确保在关键区域获得更高的计算精度。此外，Abaqus还支持自动网格划分技术，可以根据模型的几何形状和物理性质自动生成高质量的网格。
5）先进的求解器技术：Abaqus配备了先进的求解器技术，能够高效地处理大规模、复杂的仿真模型。这些求解器采用了先进的算法和数值技术，可以显著提高计算速度和准确性。此外，Abaqus还支持并行计算和分布式计算技术，可以进一步缩短计算时间。
6）全面的后处理功能：Abaqus提供了强大的后处理功能，能够对仿真结果进行深入的分析和可视化展示。用户可以通过后处理模块查看和分析各种场变量（如应力、位移、温度和压力等）的分布和变化情况，以及计算各种性能指标（如强度、刚度、屈曲稳定性等）。此外，Abaqus还支持将仿真结果导出为各种格式的文件，以便与其他软件进行数据交换和共享。
Abaqus软件详情：Abaqus 统一的多物理场有限元仿真分析软件
2.CATIA
CATIA是法国达索系统公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件，广泛应用于航空航天、机械制造、造船、汽车制造等领域。CATIA的主要优势包括：
1）强大的三维建模能力：CATIA提供了丰富的三维建模工具和功能，可以轻松地创建和编辑复杂的三维模型。这些工具包括线框建模、曲面建模、实体建模等，可以满足不同领域和不同应用的需求。此外，CATIA还支持多种数据格式和文件格式的导入和导出，可以方便地与其他软件进行数据交换和共享。
2）全面的协同工作平台：CATIA提供了全面的协同工作平台，支持多用户在线编辑和实时数据共享。这使得团队成员可以随时随地访问和编辑模型数据，并进行实时的沟通和协作。此外，CATIA还支持与其他CAD/CAE/CAM软件的集成和协同工作，可以方便地与其他软件进行数据交换和共享。
3）丰富的仿真分析模块：CATIA内置了丰富的仿真分析模块，可以模拟真实环境下的产品性能和行为。这些模块包括结构分析、流体动力学分析、热力学分析等，可以覆盖产品设计的各个方面。此外，CATIA还支持用户自定义仿真分析模块和算法，以满足特定应用的需求。
4）高度集成化：CATIA作为一个完全集成化的软件系统，提供了从概念设计到详细设计、从三维建模到工程分析、从动态模拟与仿真到生成二维工程图等实用模块。这些模块之间可以无缝集成和协同工作，形成一个完整的设计工作环境。这使得工程师可以更加方便地进行设计和分析工作，提高工作效率和准确性。
5）开放的二次开发平台：CATIA开放了大部分接口和API，提供了强大的二次开发平台。这使得用户可以根据自己的需求定制和扩展CATIA的功能和性能，以满足特定应用的需求。此外，CATIA还支持与其他软件和系统的集成和交互，可以方便地与其他软件和系统进行数据交换和共享。
6）支持多学科优化设计：CATIA可以支持多学科优化设计，将不同学科领域的知识和技术融合在一起，以优化产品的整体性能和可靠性。这有助于工程师在设计和研发过程中综合考虑各种因素，从而开发出更加优秀的产品。
7）丰富的资源库和工具库：CATIA提供了丰富的资源库和工具库，包括各种标准件库、零部件库、材料库等。这些资源库和工具库可以方便地用于创建和编辑模型数据，提高工作效率和准确性。此外，CATIA还支持用户自定义资源库和工具库，以满足特定应用的需求。
综上所述，CAE软件在工程设计和分析中发挥着重要作用，而Abaqus和CATIA作为热门的CAE软件，各自具有独特的优势和特点。Abaqus在非线性分析、材料模型库、多体动力学分析等方面表现出色，而CATIA则在三维建模能力、协同工作平台、仿真分析模块等方面具有显著优势。因此，在选择CAE软件时，工程师应根据具体的应用需求和项目特点进行综合考虑，选择最适合自己的软件工具。
来源：艾三维技术