（CAD CAE CAPP CAM CFD BEM FDM FEM FVM）的理解及之间的关系等，CAE常用软件

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（CAD CAE CAPP CAM CFD BEM FDM FEM FVM）的理解及之间的关系等，CAE常用软件
1) CAD CAE CAPP CAM CFD BEM FDM FEM FVM名词解释

CAD（Computer Aided Design）计算机辅助设计，特别是三维CAD系统，其核心是产品的三维模型。模型中包括了产品几何结构的有关点、线、面、体的各种信息。

CAE(Computer Aided Engineering)工程设计中的计算机辅助工程，指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
其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。

CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。

CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。

CFD软件 (Computational Fluid Dynamics, 即计算流体动力学, 简称CFD是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术, 广泛应用于航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、涡轮机设计、半导体设计、HAVC&R 等诸多工程领域,

BEM边界元法(Boundary Element Method)，边界元法是在定义域的边界上划分单元,用满足控制议程的函数去逼近边界条件.

FDM有限差分法(Finite Difference Element Method)， FDM是计算机数值模拟最早采用的方法，至今仍被广泛运用。该方法将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域。有限差分法以Taylor级数展开等方法，把控制方程中的导数用网格节点上的函数值的差商代替进行离散，从而建立以网格节点上的值为未知数的代数方程组。该方法是一种直接将微分问题变为代数问题的近似数值解法，数学概念直观，表达简单，是发展较早且比较成熟的数值方法。

FEM有限元法(Finite Element Method)
有限元法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。

FVM有限体积法（FiniteVolumeMethod）又称为控制体积法。其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。子区域法属于有限体积发的基本方法。有限体积法的基本思路易于理解，并能得出直接的物理解释。

2)
CAD CAE CAPP CAM CFD BEM FDM FEM等之间的关系

CAD CAE CAPP CAM是计算机辅助4C系统，其顺序是(CAD/CAE/CAPP/CAM)。
CFD即计算流体动力学是CAE即计算机辅助工程的一个分支。
BEM FDM FEM FVM是CAE主要的技术种类， CAE的技术种类有很多，而其中有限元法应用的领域越来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学、电路学、电磁学等。

比较分析BEM FDM FEM FVM。
BEM边界元法(Boundary Element Method)，是一种继有限元法之后发展起来的一种新数值方法,与有限元法在连续体域内划分单元的基本思想不同,以边界元法与有限元相比具有单元的未知数少,数据准备简单等优点.但用边界元法解非线性问题时,遇到同非线性项相对应的区域积分,这种积分在奇异点附近有强烈的奇异性,使求解变得困难。

有限差分法（FDM）:直观，理论成熟，精度可眩但是不规则区域处理繁琐，虽然网格生成可以使FDM应用于不规则区域，但是对区域的连续性等要求较严。使用FDM的好处在于易于编程，易于并行。

有限元方法（FEM）:适合处理复杂区域，精度可眩缺憾在于内存和计算量巨大。并行不如FDM和FVM直观。不过FEM的并行是当前和将来应用的一个不错的方向。

有限容积法:适于流体计算，可以应用于不规则网格，适于并行。但是精度基本上只能是二阶了。FVM的优势正逐渐显现出来，FVM在应力应变，高频电磁场方面的特殊的优点正在被人重视。


3）CAE主要软件有：
CAE软件可作静态结构分析，动态分析；研究线性、非线性问题；分析结构（固体）、流体（CFD软件）、电磁等。

Hyperworks，主要做前处理（分单元加载荷加约束）和后处理（看输出结果和仿真） 　　
I-DEAS，同时也做CAD 　　
Pro/ENGINEER Mechanica 综合的CAE软件，Pro/ENGINEER包含完整的CAD/CAM功能
Ansys，很经典的CAE，国内应用最广，客户成熟度最高，尤其是在高校科研领域。2006年收购了Fluent，2008年收购了AN-SOFT。Fluent是应用最广的流体分析软件，AN-SOFT是应用最广的电磁分析软件。在收购整合的过程中，Ansys的多物理场耦合成为一大特色。
ProCAST软件是由ESI公司开发的基于有限元法（FEM）的铸造过程模拟软件。 　　
ADINA,强大的非线性功能、能做直接流固耦合。
Abaqus，强大的非线性复杂动态问题求解器，专门汽车分析模块， 　　LS-DYNA，强大的动态问题求解器，专门汽车分析模块，
Nastran，线性问题求解器
Pam crash，专门的碰撞研究软件
Moldflow，模流分析软件
AutoForm，钣金冲压，特别是拉深分析软件
Madymo，汽车安全系统，如气囊，安全带整车碰撞性能分析软件



CFD 软件的一般结构 （如ProCAST）
CFD 软件的一般结构由前处理、求解器、后处理三部分组成,　　前处理、求解器及后处理三大模块, 各有其独特的作用, 分别表示如下:
　　前处理
　　 a. 几何模型
　　 b. 划分网格
　 求解器
　　a. 确定CFD 方法的控制方程
　　 b. 选择离散方法进行离散
　　 c. 选用数值计算方法
　　d. 输入相关参数 　　
后处理 　　
速度场、温度场、压力场及其它参数的计算机可视化及动画处理