揭秘國產CAE軟件大型結構分析軟件的核心戰略作
發表時間:2020-05-01 15:38:15 作者:陽光環球

  中美貿易摩擦引發了國人對核心技術的深度思考,對于核心工業軟件的控制已成為美國遏制我國發展的重要戰略手段之一。

  2019年5月美國ANSYS公司對華為等公司開始禁售仿真軟件,更讓CAE軟件成為人們關注的焦點。

  結構分析軟件作為最早誕生和工程應用最廣泛的CAE軟件,是當之無愧的“國之重器”。

  本公眾號將連續發表《國產結構分析軟件發展戰略研究》系列文章,將從結構分析軟件的戰略作用、國際發展、國內發展、面臨挑戰和發展戰略幾個層面著手,深入剖析國產結構分析軟件的過去、現在和未來。

  1。  戰略作用

  2。國際發展:發展歷程

  3。國際發展:發展現狀

  4。國內發展:總體情況

  5。國內發展:軍工篇1

  6。國內發展:軍工篇2

  7。國內發展:軍工篇3

  8。國內發展:軍工篇4

  9。國內發展:院所篇

  10。國內發展:高校篇

  11。國內發展:發展現狀

  12。面臨挑戰

  13。發展戰略

  引言

  工業軟件是當之無愧整個現代工業體系的“大腦”,每一套現代工業產品和裝備的研制的都離不開工業軟件的運行,在智能制造和工業4.0的時代工業軟件的重要性進一步凸顯。

  隨著工業技術的發展,工業軟件逐漸成為我國工業發展的最大瓶頸。在CAD、CAE、CAM、CAPP等這些重要的工業軟件當中,CAE軟件主要用于數字建模與仿真,其本質是IT技術與工業化長期積累的工業知識的結晶,是工業軟件中含金量最高而我國基礎最為薄弱的環節。

  結構分析軟件是最早誕生的CAE軟件,也是工程中應用范圍最廣泛的CAE軟件,通過數值計算等手段可有效解決結構平臺的強度和完整性問題,直接決定了結構重量、安全性、壽命、舒適性等結構平臺的重要屬性,而結構平臺是工業產品與裝備實現功能性能的最重要保障,因此歐美等國家一直將結構分析軟件作為具有核心戰略作用的軟件工具進行持續發展。

  隨著人類對力學理論、模型構建和數值算法等技術的不斷突破,結構分析軟件的內涵也發生了深刻的變化:

  早期主要指用有限元法(FEM)對結構的剛度、強度進行分析。其起源最早可以追溯到1956年波音公司編制了內部有限元程序來計算飛機機翼強度,一般被認為是結構分析軟件在工程中應用的開端。

圖1:結構分析軟件是起源最早的CAE軟件

圖1:結構分析軟件是起源最早的CAE軟件

  現代的結構分析軟件的應用范圍已經擴展到對工業產品未來的工作狀態(強度、壽命、熱傳導、可靠性)和運行行為(動力學、運動學、NVH)進行模擬仿真,可及早發現設計缺陷,改進和優化設計方案。所用的手段也從單一的有限元法擴展到有限差分法(FDM)、邊界元法(BEM)、混合有限元(MHFEM)、擴展有限元(XFEM)、工程法等多種方法。

  結構分析軟件的核心戰略作用

  結構分析軟件是事關國家戰略安全的關鍵核心工具,是提高我國裝備制造業核心競爭能力,保證國家戰略安全所必須掌握的關鍵技術,其核心戰略作用主要體現在以下三方面:

  1、核心技術研究的重要工具

  結構分析軟件是進行核心技術研究的重要工具,主要體現在基礎性、前沿性、關鍵性三個方面:

  基礎性

  數值模擬方法已經與理論研究、物理實驗并稱“創新三架馬車”,結構分析軟件作為一種重要的數值模擬方法,它可以輔助科學家、工程師揭示物理實驗手段尚不能揭示或很難揭示的科學規律。在沒有結構分析軟件之間長達一個世紀里,人們對結構應力狀態構求解的方法只能通過解析技術得到,而且只能計算載荷和幾何形狀比較簡單的問題?,F代結構分析軟件提供的的線性、非線性分析、動力學分析等功能,是進行核心技術研究的必備基礎工具。

圖2:核心技術研究的基礎性

圖2:核心技術研究的基礎性

  前沿性

  結構分析軟件在支持新材料設計(納米材料、碳纖維、4D打印材料)、新結構設計(仿生結構、柔性結構、智能結構)、新技術(虛擬試驗技術、虛擬現實技術),可對人類還沒有制造出來的前沿材料和結構,精確模擬其結構響應,為創新設計提供依據。比如人們很早就通過數值手段預測碳原子單層結構具有很高的剛度和強度(比鋼材高100倍),直到2004年曼徹斯特大學的兩位教授通過微機械剝離的方法制備出純正的石墨烯結構,這種預測才得到物理實驗的驗證。