紫瑞CAE软件功能简介

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欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 紫瑞CAE软件是由机械部郑州机械研究所、郑州紫瑞软件有限公司、中科院计算数学与工程计算研究所共同开发的商品化工程软件。是国内唯一与上游CAD软件无缝集成的、具有自主版权的通用软件，达到国际先进水平，操作简单，使用方便，自动化程度高。 紫瑞CAE软件是一个与三维CAD软件无缝集成的自动化程度很高的有限元分析通用软件系统，它适用于所有行业中的结构设计与分析。尤其适用于机械、汽车、建筑、水利、交通、能源、航空、航天、船舶等领域。 该软件具有自动网格剖分、自动施加约束和载荷、自动进行结构有限元分析以及自动进行分析结果后处理等功能。 * 紫瑞CAE软件的自动网格剖分功能 紫瑞CAE软件可以对上游CAD软件建立的任意三维实体进行网格自动剖分。尤其是复杂的铸件、机器的外壳、造型古怪的零部件、各种厚度钢板组成的拼焊结构，都能实现自动网格剖分，单元尺寸根据用户提供的少量剖分信息由程序自动选定。 紫瑞CAE软件能对异材多体组合结构进行全自动网格剖分。 紫瑞CAE软件的自动网格剖分能一次性生成杆、梁、板壳、块体及高精度块体等多种单元。 紫瑞CAE软件的自动网格剖分还带有局部网格加密的功能。 局部加密的方式包括柱式加密、球式加密和环式加密三种。 总体均匀剖分加上局部加密剖分的组合就可以形成网格疏密相间、合理过渡的有限元网格。 紫瑞CAE软件对剖分实体自动进行判断：凡在所定义的局部加密区域内，不论其形状如何，都用局部尺寸剖分。 柱式加密方式适合于孔洞周围的剖分，尤其是总体剖分尺寸大于孔洞半径时。 球式加密方式适合零部件应力分布较大的拐角处、点载荷作用点附近区域。 环式加密适合于具有复杂相贯线的零件区域或具有中空的实体剖分。 各种局部加密区域可以相互叠加。紫瑞CAE软件会自动计算各种加密区域叠加部位的局部剖分尺寸和过渡比例。 定义的局部加密区域可以不必全部覆盖待剖分的区域，但至少要覆盖待剖分区域的一部分。 局部网格加密是紫瑞CAE软件中具有国际领先水平的技术特色。巧用局部加密技术，可使剖分更加合理，减少剖分、分析和后处理的工作量，提高分析精度。 * 紫瑞CAE软件中的载荷与约束的施加功能 可在剖分前直接在上游CAD软件中对三维实体模型上施加体力、面力和点载荷。 体力包括实体的自重和离心力两种。 面载荷限于在被选面上施加法向均布载荷以及法向线性分布载荷。 可以在线上、面上的点处施加点载荷。 提供了多种施加点力的功能。受力点可以是三维实体上原有的顶点（Vertix），可以是实体上边缘线（edge）上的点，可以通过用户定义的曲线上选点，也可以选择实体某一表面，作辅助线，再在辅助线上定义点，最后施加点力，当定义的点并非精确位于实体时，可以用投影的方式将该点定位。 点载荷施加时，用户需要定义一个矢量，以确定点力的方向，并键入力值大小。 在剖分完成后，可选择显示面力和点力。 可以通过曲线的点列模拟线载荷，例如轴承座的受力可以简化为在一条曲线上受载，此时，可以用若干曲线的点来模拟非均匀分布的线载荷。 凡定义为受力点的地方在自动网格剖分后必定是有限元网格中的节点。 △ 紫瑞CAE软件可以在网格剖分前直接对上游CAD软件中建立的三维实体施加面约束、线约束以及线上的点、面上的点或顶点处的约束。在剖分完成后可选择显示约束。 △ 线约束时用户可选三维实体的边（edge），也可以通过用户定义曲线后选择它再进行约束。 △ 紫瑞CAE软件可以在三维实体上施加面的法向约束和圆柱面的柱式约束。 * 紫瑞CAE软件中的有限元分析功能 提供八种有限元分析类型，即线性静力分析，线性动力响应分析，线性频率分析（即自由振动分析），线性屈曲分析；非线性静力分析（包括材料非线性以及几何非线性）；非线性动力响应分析（包括材料非线性及几何非线性）；稳态温度场分析及热应力分析。 线性静力分析 线性静力分析是线弹性分析。通过线性静力分析可以获得结构的位移和应力的各种分量和合成量。 线性静力分析使用的算法是通用直接法和快速直接法。它是紫瑞软件公司最新的研究成果，它比常见的商品软件中同类算法的运行速度快。 紫瑞CAE提供了静力分析所需的国产材料库，用户也可以自己定义所需材料。 用户在网格自动剖分后用鼠标点击“开始求解”项，程序即自动进行求解分析。求解结束后界面上会显示求解起始及结束的时间信息，而后用户就可选择主菜单中“后处理”项去观察结果。 线性动力响应分析 线性动力响应分析是求结构在动力载荷作用下，变形和应力都在弹性范围内时结构的动力响应，即求出随时间变化的位移、速度、加速度、应力和应变等力学量。它与线性静力分析的主要区别在于，动力载荷是随时间变化的，并且要考虑惯性力和阻尼的影响。 线性动力分析可用模态叠加法和直接积分法进行求解，对于直接积分法又分显式和隐式时间积分两种。 用户在使用线性动力分析功能时，首先须在上游CAD中建立分析模型（或调用已被上游CAD所认可的三维模型），然后定义作业名称，定义载荷随时间变化的“时间函数”，选用材料，定义初始条件，定义阻尼，选择分析方法，定义载荷与约束。然后，即可用与线性静力分析一样的方法和步骤进行自动网格剖分，加密及求解。 线性频率分析 线性频率分析是求解结构自由振动时的固有频率及其相应的模态（或称振型）。频率分析可用行列式搜索法和子空间迭代法。可以求解由结构最小频率算起的用户定义的若干低阶频率及相应的模态；也可以求解某一频率区间内的频率及其相应的模态。 用户在使用线性频率分析功能时，所有操作与线性静力分析基本相同；只是此时不必施加载荷而已。 线性屈曲分析 线性屈曲分析是求解结构在给定约束和受力情况下失稳时的临界载荷。屈曲分析与自由振动问题一样也是特征值问题的求解。当然不是所有力学模型都可以进行屈曲分析，得满足一定的条件。 紫瑞CAE软件直接求得的是临界载荷因子和屈曲模态。临界载荷因子乘以所施加的载荷就是结构的临界载荷。 非线性静力分析 非线性静力分析是指结构在静力载荷作用下，应力超过了材料的屈服极限（即应力与应变之间呈非线性关系），或变形超过一定程度，应变与位移之间呈非线性关系，前者称为材料非线性；后者称为几何非线性。 对于材料非线性问题，紫瑞CAE软件提供了多种常用的模拟非线性的材料模式，即： 线弹性材料模式 热弹性材料模式 弹塑性等向强化双线性材料模式 弹塑性等向强化多段线性材料模式 弹塑性随动强化双线性材料模式 弹塑性随动强化多段线性材料模式 热弹塑性蠕变材料模式 几何非线性问题，通常又分为大位移小应变以及大位移大应变等情况。 在静力分析时，当材料非线性和几何非线性同时发生，或两者任何一种情况发生时，都构成非线性静力分析。所以在非线性静力分析模式中，也包括了线弹性材料模式。 在非线性静力分析中，在材料进入非线性以后，一般需将载荷分为若干次逐步施加，并按增量理论进行求解。因此，非线性分析要求对每个增量步的非线性代数方程组进行平衡迭代，以满足在每个增量步上的平衡。 紫瑞CAE软件提供了： 完全牛顿迭代法 修正的牛顿迭代法 BFGS迭代法 等多种迭代方法，去求解非线性代数方程组。 此外，平衡迭代的收敛准则也有可供选择的余地，它们是： 力/力矩收敛准则 位移/转角收敛准则 能量收敛准则 紫瑞CAE中非线性分析功能还提供了 总体拉格朗日公式，它适用于大位移小应变线性材料及弹塑性材料的几何非线性问题。 更新的拉格朗日公式，它适合于大位移大应变的弹塑性变形分析。 用户在使用紫瑞CAE进行非线性静力分析时，在自动剖分前，需要激活非线性分析的界面，选择（或定义）材料、定义时间函数（即载荷在各时间步上的增量）、定义约束，选择求解方法，收敛准则后，即可自动剖分，以后的步骤与其他分析类型相同。 非线性动力分析 非线性动力分析是指结构在随时间变化的动力载荷作用下的材料非线性和几何非线性分析，或仅有材料非线性或仅有几何非线性分析。由于是动力分析，需要考虑惯性力和阻尼的影响。在进行非线性动力分析时，采用逐步积分法求出结构在各时间步上的动力响应；由于是非线性问题在各个时间步要对非线性方程组进行平衡迭代，迭代的方法和收敛准则与非线性静力分析相同。 用户在使用紫瑞CAE进行非线性动力分析时的操作步骤与使用非线性静力分析基本相同，只是在非线性动力分析时除了非线性静力分析中所定义的或所选择的项目外，还须定义阻尼型式及初始条件等。 稳态温度场分析 所谓稳态温度场分析是指被分析物体的温度分布不随时间变化而改变，而且被分析物体的热物理参数被视为常数。通过稳态温度场分析可以求得物体上的温度、热流的分量及合成量的分布。 紫瑞CAE中的稳态温度场分析支持三种热边界条件，即 对边界面施加已知温度 对边界面施加已知热流 对边界面施加对流换热边界条件（即已知环境温度及对流系数） 用户在使用紫瑞CAE进行稳态温度场分析时的操作步骤与线性静力基本相似，届时用传热学边界条件的施加来代替静力线性分析中的载荷与约束。 热应力分析 紫瑞CAE中的热应力分析被限定在稳态温度场产生的热应力。 与其他常见的结构分析软件不同，紫瑞CAE的热应力分析虽然也是先求温度场后求热应力，但只须进行一次网格剖分。 用户在使用紫瑞CAE进行热应力分析时在自动剖分网格前需同时定义力学分析的载荷和约束以及热边界条件；或者定义力学上的约束和热边界条件。在自动剖分后即可投入运算。待温度场分析正常结束后，可再激活热应力分析选项。 * 紫瑞CAE的后处理功能 一般情况下，一个复杂三维实体的剖分节点很多，而有限元分析结果又与节点关联，每一个节点上未知量又很多，如果从输出结果文件中寻找用户关心的结果是一件既麻烦又乏味还耗时的事，所以工程数值分析软件一定要有实用的后处理功能。 所谓后处理就是用图象或列表的方式，将分析结果按工程需要形象直观地显示出来。最直观的三维后处理显示方式是采用“云图”方式显示。 三维实体受力后会变形，会产生应力，这些变形和应力在三维实体中是连续变化的。如果用某种颜色表示图像上象素点上的变形（应力）量值，那么受力物体上附加的颜色均匀过渡的彩色图案就对应于一个变形（应力）场。其中色标标志的颜色所对应的变形（应力）值就是计算结果。这种用颜色代表数值结果的均匀过渡的彩图就叫做有限元结果的云图显示。 云图显示只能反映物理场的大致情况，直观地显示最大位移或应力集中的部位。列表显示则可列出比较准确的分析结果。 后处理列表显示可以列出有限元模型中节点坐标及单元组成以及按分析结果从大到小排列的量值及其对应的节点。 后处理具有动态显示的功能，用动态显示功能可以观察到变形过程。 后处理模块中还有许多其他可供选择的功能，包括等值面显示、自动旋转、旋转、缩放、平移、剖面、叠加坐标系、叠加有限元网格、局部放大、单位制转换、变形比例选择等。 后处理模块中，频率和对应的模态是同时被显示的。 在非线性分析以及动力响应分析中增加了力学量随时间步的变化曲线显示以及力学量在用户选定的节点上随时间步的变化曲线功能。 * 后处理中的设计检查（Design Check）功能 机械设计中时常要进行所设计零件的强度校核检查。检查时往往根据某一种工程上采用的准则，以便探讨所设计的零件的安全裕度。这种准则不同行业有所不同。例如机械设计中常用的最大许用应力的概念，在检查时凡零件上小于或等于这个应力的地方被认为是安全的；否则被认为不安全，不安全处安全系数小于1。 紫瑞CAE后处理中可以进行这种设计检查。用户在后处理“更新数据”弹出对话框右边设计检查栏目中的“门槛值”里键入检查设计所用的“标准”值后即可。届时云图中会显示各种颜色。小于等于“标准”值的是透明的，大于它的显示颜色。用户根据这种颜色划定的区域即可了解设计不合格的范围，并可根据色标查出它超出部分的量值。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/11/2005)