浅谈计算机辅助工程（cae） 毕业设计(论文)

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1、浅谈计算机辅助工程（CAE）摘要计算机辅助工程（CAE）是一种迅速发展的信息技术，是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持工程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。本文针对某微波通讯芯片的散热分析，详细介绍了运用I-DEASESC系统进行热分析的有限元建模方法与数值仿真过程，并与试验结果进行了对比。结果表明，所用方法正确，计算结果精确可靠。关键词：电子系统冷却；数值仿真；I-DEAS微波芯片II目录1绪论11.1CAE技术概述11.2CAE软件简介1II1.3国外CAE技术概况21.4我国CAE技术现状31.5本课题主要目的42I-

2、DEAS的有限元使用方法52.1I-DEAS软件及有限元法概述52.2I-DEAS进行有限元分析的基本过程62.3I-DEAS热分析的建模理论142.4I-DEAS电子系统冷却模块（ESC）153I-DEAS的热分析基础173.1热量传递的三种基本方式173.2一维稳态导热的理论计算183.3I-DEAS一维稳态导热分析193.4理论计算与I-DEAS计算结果对比214基于I-DEASESC的微波芯片散热仿真234.1ESC热分析理论234.2微波芯片散热计算的有限元模型234.3计算结果与分析254.4结论265总结与展望27参考文献28致谢2934341绪论1.1CAE技术概述CAE

3、(ComputerAidedEngineering)是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、流体、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从60年代初在工程上开始应用到今天，已经历了30多年的发展历史，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为工程和产品结构分析中(如航空、航天、机械、土木结构等领域)必不可少的数值计算工具，同时也是分析连续力学各类问题的一种重要手段。随着计算机技术的普及和不断提高，CAE系统的功能和计算精度都有很大提高，各种基于产品数字建模的CAE系统应运而生，

4、并已成为结构分析和结构优化的重要工具，同时也是计算机辅助4C系统(CAD/CAE/CAPP/CAM)的重要环节。CAE系统的核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。其基本过程是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量(应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时得到的

5、基本方程是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组。求解后得到近似的数值解，其近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。根据经验，CAE各阶段所用的时间为：40%～45%用于模型的建立和数据输入，50%～55%用于分析结果的判读和评定，而真正的分析计算时间只占5%左右。针对这种情况，采用CAD技术来建立CAE的几何模型和物理模型，完成分析数据的输入，通常称此过程为CAE的前处理。同样，CAE的结果也需要用CAD技术生成形象的图形输出，如生成位移图、应力、温度、压力分布的等值线图，表示应力、温度、压力分布的彩色明暗图。我们称这一过程为CAE的后处理。针对不

6、同的应用，也可用CAE仿真模拟零件、部件、装置(整机)乃至生产线、工厂的运动和运行状态。1.2CAE软件简介CAE软件可以分为两类：针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软件，称之为专用CAE软件，如：专用的流体分析软件—STAR31CD、专门汽车分析软件—ADINA；可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟和预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE软件，如：I-DEAS(同时也做CAD)、Hyperworks、Ansys。CAE软件的主体是有限元分析(FEA，FiniteElementAnalysis)软件。有限元方法的基本思

7、想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件综合求解。由于单元的数目是有限的，节点的数目也是有限的，所以称为有限元法。这种方法灵活性很大，只要改变单元的数目，就可以使解的精确度改变，得到与真实情况无限接近的解。CAE软件的基本结构其中包含以下模块：前处理模块—给实体建模与参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷与材料参数直接输入有