cae分析

cae分析

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2023年3月3日发(作者：德国拜耳公司)

CAE

CAE(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、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，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。CA

E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。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，以及随机械载荷和温度载

荷变化生成位移、应力、温度、压力等分布的动态显示图。我们称这一过程为CAE

的后处理。针对不同的应用，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。

CAE软件按研究对象分为：静态结构分析，动态分析；按研究问题分为线性问

题，非线性问题；

主要有：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

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。

ADINA,强大的非线性功能、全球唯一能做直接流固耦合的软件，最为可靠的C

AE软件。

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

Pamcrash，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

高级英语证书考试(CAE)简介

级别

高级英语证书(CAE)是在初级证书之上的英语水平证书，考试内容包括阅读、写

作、语言结构、听力和口语。该考试向希望在专业工作或学习中使用英语的人士提供

了高级而权威的资格证明。CAE还有助于培养注重实际能力的CPE证书所要求的技

能，英国多数大学都承认CAE符合入学英语条件。

内容

考试内容包括下列5份试卷，没有固定文章和选择试卷。

试卷1：阅读(1小时15分钟)

本卷有4篇文章，设计了各种搭配题和多项选择题，全面考查阅读技巧。

试卷2：写作(2小时)

包括2篇各250单词左右的作文。第一篇是命题作文，第二篇可从4个题目中

任选一个。题目都给出了情境，规定了写作目的和读者对象。

试卷3：英语运用(1小时30分钟)

本卷的6道题目考查运用语言知识的能力，包括语法、语域、连贯、拼写和标点。

试卷4：听力(约45分钟)

本卷包括4篇不同篇幅和性质的文章，设计了各种搭配、填充和多项选择题，全

面考查听力技能。

试卷5：口语(15分钟)

考生两人一组，由两名外来考官主考。试卷分4段，用各种提示材料让考生发挥

多方面的口语表达技巧。

分数

每份试卷满分40分。

成绩

总成绩A、B、C三等为及格，可获得证书，D、E、U三等为不及格，不发给证

书。不及格者的成绩条上会注明哪些试卷完成较差，及格者的成绩条上会注明哪些

试卷成绩较高。

CAE作为一家世界一流公司，为各国民航业和国防力量提供模拟机技术、建模

技术以及一体化培训方案。CAE在20个国家建立了75个培训基地，员工约7,000

人，年收入超过14亿加元。CAE的培训基地规模最大，配备了民航和军事用全功能

飞行模拟机和培训设备。CAE位于世界各地的27个民航和军事培训中心每年培养出

75,000多名飞行员。根据不同的市场需求，CAE的专业服务人员还可提供建模和模

拟软件，帮助客户解决与模拟机有关的各种问题

I-DEAS

EDSI-DEAS是美国UGS子公司SDRC公司开发的CAD/CAM软件。该公司是

国际上著名的机械CAD/CAE/CAM公司，在全球范围享有盛誉，国外许多著名公司，

如波音、索尼、三星、现代、福特等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴。

该件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高的效率，

在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。

I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。

I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分

析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。

SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。I-DEASCAMAND是CAM行业

的顶级产品。I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2

轴、2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工

过程进行自动控制和优化。

I-deas提供一套基于因特网的协同产品开发解决方案，包含全部的数字化产品开

发流程。I-deas是可升级的、集成的、协同电子机械设计自动化（E-MDA）解决方案。

I-deas使用数字化主模型技术，这种卓越能力将帮助您在设计早期阶段就能从"可制

造性"的角度更加全面地理解产品。纵向及横向的产品信息都包含在数字化主模型中，

这样，在产品开发流程中的每一个部门都将容易地进行有关全部产品信息的交流，这

些部门包括：制造与生产，市场，管理及供应商等。

lSimulation（数字化仿真）:

I-deasCAE工具通过在产品开发早期阶段仿真全部产品性能来引导设计，提高

产品质量，验证并优化细节设计，最大程度地减少重复制作物理样机的次数，同时降

低后续加工的反复次数，识别造成现有产品质量问题的原因，制定交易计划，在产品

价格和性能之间取得最佳平衡。

2.I-deas机构设计（I-deasMechanismDesign）:

I-deas机构设计可集成地分析带有复杂运动副的机构运动。利用I-deas装配产

生的装配体、运动约束副和接触区域，根据初始运动条件，解算出运动结果。使用了

内嵌的ADAMS动态解算器，它帮助您从最初的概念设计阶段就了解机构的运动情况，

包括机构的位置、速度和加速度。让您作出更多的选择，从而得到更好的，更精确的

设计结果。

3.仿真模型构造（SimulationModelingSet）:

集成环境中的有限元模型构造和结果可视化工具。直接利用I-deas零件主模型

或装配，或其它CAD系统输入的模型，快速地建立数字化产品仿真模型。仿真模型

和设计模型具有相关性。

4.仿真解算（SimulationSolutionSet）:

有限元解算器，包括结构的线性静态分析和结构模态分析、热传递分析和流动分

析以及结构优化分析。可以采用批处理的方式进行解算。提供多种收敛准则定义和解

算选项控制，如模型解算占用的空间和时间预估，结构刚度矩阵文件控制。用户通过

解算过程图形监控解算过程，允许终止解算。

仿真的广泛应用:

5.非线性求解器（ModelSolution-Non-Linear）：

支持几何非线性、材料非线性、弹塑性及综合非线性分析，利用Newton-Raphs

on方法求解非线性方程组。

6.变量化分析（VariationlAnalysis）：

变量化分析仿真在设计初期介入设计过程，利用单一模型进行广泛的设计研究，

通过一次网格划分和解算，生成手册式结果，得到多种可对比的方案。

7.响应分析（ResponseAnalysis）：

响应分析用来研究结构在静态、瞬态、谐波和随机等激励下的受迫响应，模态可

以来自结构分析或测试。

8.复合铺合分析（LaminnateComposites）：

以复合铺层材料结构进行高效的设计和评估.

9.注塑冷却顾问（PartAdvisor）：

注塑过程顾问系统。简单实用，直接对STL格式进行计算，只用定义零件的材

料和模具特性以及浇注口，就可以模拟浇注模具过程中塑料流动。可优化零件与模具

的设计，以达到质量、成本和时间的最优平衡。

10.机械仿真（MechanismSim）：

分析机构在外力作用下的运动和受力。包含机构运动（MechanismDesign）的

全部功能.

11.产品寿命预测（Durability）：

预测静态载荷下产品的材料强度和疲劳安全的工具。

12.高级产品寿命预测（AdvancedDurability）：

预测静态或瞬态载荷下产品的产品寿命和疲劳破坏，包含产品寿命预测的全部功

能。

13.电子系统冷却仿真（ElectronicSystemCooling）：

电子系统的三维热/流动分析。I-deas集成环境中的电子系统可靠性分析工具，

仿真可直接在CAD模型上分析单元件、多芯片组、散热片、PCB、功率模组或完整

系统的热/流动行为，含PCBModeler和ECAD接口。用于优化元器件的位置，预测

风扇运作，评估风扇和通风口的位置与尺寸，优化散热片的形状和尺寸等。

14.传热仿真（TMG）：

通用的复杂热问题的快速解决方案。与I-deas及Femap完全集成，可直接使用

有限元模型。

I-DEAS作为CAD软件，界面不太友好，使用不方便，作为CAE软件，求解功

能不强大，并未成为CAE行业有竞争力的软件。

ansys

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析

软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数C

AD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I

－DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。

CAE的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即FiniteElementMethod),

边界元法(BEM,即BoundaryElementMethod)，有限差法(FDM,即FiniteDifferenc

eElementMethod)等。每一种方法各有其应用的领域，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。

ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解

结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业领域：航空航

天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器

械等。

软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有

限元模型；

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、

流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模

拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显

示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也

可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件

有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，

HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

ANSYS发布10.0新版本

美国宾夕法尼亚州6月2日消息：作为优化产品研发流程的仿真技术及软件的开

发者和革新者，ANSYS公司（纳斯达克股票代号：ANSS）今天发布ANSYS10.0

新版本。新版本在性能、易用性、协同工作及耦合技术，如流固耦合，等方面有很大

提高。10.0新版本是在目前的9.0软件的基础上研发的，与其有很好的兼容性，将于

7月正式投入市场。

延续了ANSYS一贯强大的耦合场技术，10.0版本为复杂的流固耦合（FSI）问

题提供了更完善的解决方案。该版本整合了世界一流的应力分析和流体分析技术，形

成了一套完整的FSI解决方案。通过适合于特定场要求的网格划分，一个单一的几何

体可以应用于两种场。该版本提供了有效地解决FSI动力学分析的信息交换功能。目

前市场上没有任何其他的FSI软件可以提供如此强大的稳健性和高度的精确性分析。

另外，该版本可以在多个机群进行并行处理解决超大模型。

―ANSYS10.0代表了最先进的CAE整合技术，较9.0有了显着的提高‖，ANS

YS公司总裁兼首席执行官JimCashman说，―我们一直致力于拓展ANSYS仿真技

术的广度和深度，同时建立各种类型的仿真分析软件的空前大连盟。得益于ANSYS

Workbench整合CAE技术的架构，我们创建了建模、仿真、分析、前后处理的一系

列无缝链接。10.0新版本整合了世界上最优秀的结构、热、流体等分析功能。‖

ANSYS10.0加入了旋转机械和叶片设计工具，丰富了Workbench环境下的行业

化功能。即ANSYSBladeModeler，一款针对旋转机械叶片构件的高效的三维设计

工具；以及ANSYSTurboGrid，一款高质量的叶片设计六面体网格划分工具。

―结合了ANSYSCFX和涡轮专用的前后处理CFD功能，10.0版本提供了涡轮

机械设计和分析完整的解决方案，‖ANSYS公司副总裁兼总经理ChrisReid说，―应

力分析、计算流体动力学分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通过CAD系统

连通性，可以把模型扩展到上下游部件，最终完成整个模型的分析。ANSYSWorkb

ench是提供此功能上独一无二的环境，借此空气动力学工程师可以进行CFD设计，

同时确认结构特征。这将大幅度缩短设计流程。‖

在机械应用领域，ANSYS10.0包括了ANSYSWorkbench下全部的热瞬态分

析功能。这不仅帮助用户进行非常复杂的时域仿真，同时ANSYSWorkbench也可

自动完成很多建模和求解工作。这样可以轻松快速地求解设备在一定运行时间内的热

性能。

为了满足日益增加的对大型复杂问题及时有效的分析需求，ANSYS10.0的并行

求解器如今可增加了对CPU和通信技术的选择余地。除了支持Ethernet和Gigabit

Ethernet，ANSYS10.0还支持Myrinet和InfiniBand。相对于以前的架构，ANSYS

10.0能以最少的成本满足高性能的机群计算。

本着以低成本硬件设备提供高性能解决方案的目标，ANSYSWorkbench现可支

持WindowsXP64位机的AMD和EMT64芯片集。此项改革解决了许多用户在Wi

ndows操作系统下运行大型模型所面临的2GB内存限制。另外，它也使得ANSYS

用户不再需要写硬盘就能完成整个求解，从而节约求解时间。

对于用户，这将帮助他们更加经济有效地解决大型模型问题，如那些低频稳态和

全瞬态电磁分析问题。ANSYS10.0并行求解器可以解决高于一亿自由度的大型电磁

问题，在CAE行业独树一帜。

在高频电磁领域，10.0版本提供了一个新的模式端口。此端口大大简化了集成电

路（IC）、射频识别(RFID)和射频微机电系统(MEMS)等多种设备分析传输线端口的

建模。标准算例显示，利用此端口建模，可以显着缩小模型尺寸，在保证精确的频域

计算结果前提下，节约30％到50％的求解时间和内存需求。

新版本增加了旋转机械的陀螺效应，它提高了ANSYS对涡轮机械和其他旋转结

构的转子动力学分析的能力。在耦合场领域，结构－热－电磁三场耦合分析中增加

热弹阻尼(TED)，一个在金属、制陶及MEMS领域非常重要的内耗装置。

ANSYS继续Workbench主旋律，提供我们的用户可供选择的全自动或个人控制

的强大分析软件。我们在核心的网格处理技术上有十足的增强，在ANSYSWorkbe

nch各个应用程序间共享网格。另外，双向参数互动的CAD接口的稳健性也得到了

提高。ANSYS®ICEMCFD™10.0通过混合网格剖分新功能和CAD模型细节

处理功能，提供了完整的一系列网格划分工具以模拟真实世界，如汽车引擎罩下的散

热分析和汽车碰撞分析。

―ANSYS10.0是ANSYS跨出的又一大步，在每种场都是这样，也包括各种场在

ANSYSWorkbench的耦合，‖ANSYS公司副总裁兼总经理MikeWheeler说，―没有

其他任何一家CAE公司可以与我们相匹敌，在一个单一的CAE环境下提供如此广泛

的解决方案。‖

ANSYSDesignSpace

通过DesignSpace，设计工程师可以在产品设计阶段对3DCAD中生成的模型

（包括零件和装配件）进行应力变形分析、热及热应力耦合分析、振动分析和形状优

化，同时可对不同的工况进行对比分析。ANSYS/DesignSpace拥有智能化的非线性

求解专家系统，可自动设定求解控制，得到收敛解；用户不需具备非线性有限元知识

即可完成过去只有专家才能完成的接触分析。

ANSYS软件提供的分析类型如下：

1.结构静力分析

用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构

的影响并不显著的问题。ANSYS程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也

可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。

2.结构动力学分析

结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不

同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。ANSYS可进

行的结构动力学分析类型包括：瞬态动力学分析、模态分析、谐波响应分析及随机振

动响应分析。

3.结构非线性分析

结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。ANSYS程序可求解

静态和瞬态非线性问题，包括材料非线性、几何非线性和单元非线性三种。

4.动力学分析

ANSYS程序可以分析大型三维柔体运动。当运动的积累影响起主要作用时，可

使用这些功能分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应

变和变形。

5.热分析

程序可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。热传递的三种类型均可

进行稳态和瞬态、线性和非线性分析。热分析还具有可以模拟材料固化和熔解过程的

相变分析能力以及模拟热与结构应力之间的热－结构耦合分析能力。

6.电磁场分析

主要用于电磁场问题的分析，如电感、电容、磁通量密度、涡流、电场分布、磁

力线分布、力、运动效应、电路和能量损失等。还可用于螺线管、调节器、发电机、

变换器、磁体、加速器、电解槽及无损检测装置等的设计和分析领域。

7.流体动力学分析

ANSYS流体单元能进行流体动力学分析，分析类型可以为瞬态或稳态。分析结

果可以是每个节点的压力和通过每个单元的流率。并且可以利用后处理功能产生压力、

流率和温度分布的图形显示。另外，还可以使用三维表面效应单元和热－流管单元模

拟结构的流体绕流并包括对流换热效应。

8.声场分析

程序的声学功能用来研究在含有流体的介质中声波的传播，或分析浸在流体中的

固体结构的动态特性。这些功能可用来确定音响话筒的频率响应，研究音乐大厅的声

场强度分布，或预测水对振动船体的阻尼效应。

9.压电分析

用于分析二维或三维结构对AC（交流）、DC（直流）或任意随时间变化的电流

或机械载荷的响应。这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及

其它电子设备的结构动态性能分析。可进行四种类型的分析：静态分析、模态分析、

谐波响应分析、瞬态响应分析

软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有

限元模型；

ANSYS的前处理模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。

●实体建模

ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实

体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球、棱柱，称为基元，程序则自动

定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆

和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用

户均能使用布尔运算来组合数据集，从而―雕塑出‖一个实体模型。ANSYS程序提供

了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模

型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序

还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还

包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、

自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。自底向上进行实

体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次

是相关的线、面、体。

●网格划分

ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括

四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分

可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简

单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的

自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部

分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成

了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估

计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，

直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。

分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、

流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模

拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显

示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也

可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。

软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件

有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上，如PC，SGI，

HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。

目前最新版本ANSYS12.0

同级别的软件还有ADINA、ABAQUS、MSC等，ADINA和ABAQUS在非线性

计算功能方面比ANSYS强，ABAQUS没有流体计算模块，ADINA不能做电磁分析

但是ADINA是目前做流固耦合最好的软件。

●载荷

在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域

中有不同的表征，但基本上可以分为6大类：自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、

体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。

1、自由度约束（DOFCinstraints）:将给定的自由度用已知量表示。例如在结构

分析中约束是指位移和对称边界条件，而在热力学分析中则指的是温度和热通量平行

的边界条件。

2、力（集中载荷）（Force）：是指施加于模型节点上的集中载荷或者施加于实

体模型边界上的载荷。例如结构分析中的力和力矩，热力分析中的热流速度，磁场分

析中的电流段。

3、面载荷（SurfaceLoad）:是指施加于某个面上的分布载荷。例如结构分析中

的压力，热力学分析中的对流和热通量。

4、体载荷（BodyLoad）:是指体积或场载荷。例如需要考虑的重力，热力分析

中的热生成速度。

5、惯性载荷（InertiaLoads）:是指由物体的惯性而引起的载荷。例如重力加速

度、角速度、角加速度引起的惯性力。

6、耦合场载荷（Coupled-fieldLoads）:是一种特殊的载荷，是考虑到一种分析

的结果，并将该结果作为另外一个分析的载荷。例如将磁场分析中计算得到的磁力作

为结构分析中的力载荷。

ADINA

ADINAR&D,Inc.公司简介

ADINAR&D,Inc.由博士及其合伙人创建于1986年，公司

的唯一宗旨就是开发用于固体、结构、流体以及结构相互作用的流体流动分析的AD

INA系统。

ADINA系统纵览

ADINA系统是一个单机系统的程序，用于进行固体、结构、流体以及结构相互

作用的流体流动的复杂有限元分析。借助ADINA系统，用户无需使用一套有限元程

序进行线性动态与静态的结构分析，而用另外的程序进行非线性结构分析，再用其他

基于流量的有限元程序进行流体流动分析。此外，ADINA系统还是最主要的、用于

结构相互作用的流体流动的完全耦合分析程序（多物理场）。

ADINA系统由以下模块组成：

ADINA-AUI

ADINA用户界面程序为所有ADINA子程序提供了完整的预处理和后处理功能，

它为建模和后处理的所有任务提供了一个完全交互式的图形用户界面。

主要特点：

•模型的几何图形可直接创建，或者从多种CAD系统中引入，包括：从Pro/

ENGINEER和基于Parasolid系统CAD引入的固体模型（如：Unigraphics和

SolidWorks）；

•物理特性、载荷和边界条件可直接分配到模型的几何图形上，因此有限元网格

得到修改，不受模型清晰度的影响；

•普通的几何图形上可使用全自动网格生成，它可灵活控制单元大小分布，而映

射网格划分可用于更简单的几何图形；

•在模型创建期间，对话文件（Session）会记录下用户的输入和选取值。通

过播放对话文件可以重新创建一个完整的模型，同时还可以修改对话文件创建一个不

同的模型；

ADINA还具有以下多个易于使用的特点：

•完全交互式的图形界面，具有下拉菜单和对话框，可选取选项和输入数值；

•快捷图标可进入常用的任务；

•制图窗口具有复制和粘贴特点；

•程序内可直接创建AVI视频；

•图形以矢量和位图形式输出；

•具有撤销和重做特点，撤销的数量可由用户定制；

•模型可进行动态旋转、缩放和快速平移；

•对于经常重复的任务支持命令文件输入；

在后处理过程中，包括大量的结果可视化工具：

•变形和原始的网格图；

•带状图和轮廓图；

•矢量图和张量图；

•在图表上标示变量；

•在屏幕上或者以文件形式详细罗列变量值；

•对输出变量产生的合成变量进行解释；

ADINA-M

ADINA-M是ADINA-AUI程序的一个附件，提供了立体建模的功能，通过ADI

NA-M可在ADINA-AUI程序中直接创建立体的几何图形。

此外，ADINA-M基于Parasolid核心，后者也被其他流行的CAD系统所采

用，譬如：Unigraphics、SolidWorks、SolidEdge和BentleySystems。这

些系统和其他基于Parasolid的CAD系统生成的立体几何图形可以直接通过ADI

NA-M引入ADINA-AUI，导入的Parasolid部件可使用ADINA-M附带的工具在

ADINA-AUI内进行修改。

右图所示为SolidWorks中所创建的一个部件，通过ADINA-M引入到ADINA

-AUI中，并且使用ADINA-AUI的自动网格划分功能进行网格划分。

ADINA

ADINA程序提供了世界领先的、用于2D和3D固体应力分析以及静力学和动

力学中结构分析的功能。分析对象可以是线性的或者非线性的，譬如：材料非线性特

性的影响、巨大变形和接触条件。

ADINA程序在接触分析方面具有超强的实力，正如图中所示对福特Windstar

的抗压分析。

ADINA程序为固体、桁架、梁、管道、金属板、壳体和缝隙提供了多样化和通

用的有限元，材料模型有金属、土壤与岩石、塑料、橡胶、织物、木材、陶瓷和混凝

土可选。ADINA程序具有以下分析功能：

•有效的线性分析；

•小型和大型的变形、大型应变；

•弹塑性、徐变（Creep）分析，包括热效果；

•屈曲和后屈曲（Post-buckling）分析；

•静力学和动力学中的接触问题；

•大型系统的迭代算法；

•用于所有分析的高效却稀少的算法；

•静力学和动力学的子结构分析；

•分析过程中可增减单元；

•频率和模式的叠加；

•感应波谱、随机震动分析；

•线性化的屈曲分析；

•波的传播、冲击波分析；

•结构震动、谐波分析；

•声学的流体-结构间相互作用；

•带裂纹传播的断裂力学；

•用户提供的单元、模型和载荷；

ADINA-F

ADINA-F程序为可压缩和不可压缩的流体提供了世界一流的有限元和控制流量

的解决能力，流体可包含自由表面和流体间以及流体与结构间的流动界面。程序运用

一个任意拉格朗日欧拉（ALE）公式。

ADINA-F中使用的程序是基于有限元和有限体积离散图，带有非常全面和高效

的解决方法，可解决任意几何学中的全部流动问题。

在给流体流动建模时使用的基本假设如下：

•Navier-Stokes方程或者欧拉方程；

•不可压缩或者完全可压缩的流体；

•稳态或者瞬变分析；

•层流或者湍流；

•热传递或者无热传递条件下的流动；

•质量传递；

可压缩流动的材料模型：

•用于粘性和导热性的Sutherland方程，恒定热容量；

•随温度变化的粘性、热容量和导热性；

•随压力变化的粘性、热容量和导热性；

•随温度、压力变化的粘性、热容量和导热性；

•高马赫数下的流动；

不可压缩流动的材料模型：

•恒定的粘性、热容量和导热性；

•随温度变化的粘性、热容量和导热性；

•随时间变化的粘性、热容量和导热性；

•湍流模型：普朗特（Prandtl）混合长模型、K-Epsilon模型、RNGK-Ep

silon模型和K-Omega模型；

•非牛顿模型；

•多孔材料模型；

ADINA-T

ADINA-T用来解决固体和结构中的热传递问题。它具有强大的特点，譬如：任

意几何图形表面间的辐射、单元生死选项和高度非线性材料特性的功能。

涡轮外壳的温度场，对流边界条件。（：ADINA-T）

ADINA-T具有以下分析能力：

•2-D和3-D传导、对流和辐射；

•立体和壳体结构；

•稳态和瞬变条件；

•任意表面间的辐射；

•单元生死选项；

•随时间和温度变化的材料特性；

•自动时间步进；

•静电、渗流和压电分析；

•潜热效应，如：凝固和融化条件；

•与ADINA联接；

ADINA-T的一个独特功能就是表面间的辐射分析，表面可以是任意几何图形，

可随意阻塞进行内部辐射。右图所示的瓶子正是运用ADINA-T的辐射分析功能。

焊接诱发的残余应力分析需要一个可靠的非线性分析系统，且具有专门的建模技

巧。ADINA-T和ADINA正被成功用于焊接分析。

潜弧焊（SAW）、多道对接焊的热分析。

运用单元生死选项可完成有限元的计算，材料的属性与温度的关系高度相关。

3次重新开始和1500次时间步进即可获得答案。

ADINA-FSI

ADINA-FSI程序是用于带有结构相互作用的流体流动完全耦合分析（多物理场）

的主要工具。它把ADINA与ADINA-F的所有功能全部整合成一个程序模块，结构

和流体流动理想化可使用截然不同的网格。它包含自由表面，使用任意拉格朗日欧拉

公式（ALE）。

ADINA-FSI已经成功运用于多个领域，譬如：汽车、工业和医学领域。以下是

运用ADINA-FSI的部分显著案例：

•ABS防抱死系统分析；

•燃油泵分析；

•减震器分析；

•铁肺分析；

ABS防抱死系统分析、刹车系统阻尼器分析

ADINA-TMC

ADINA-TMC程序可用于解决如下类型的问题：

•完全耦合的热机械分析；

•压电分析（带用户定义子程序）；

•土壤固结分析（推荐使用ADINA程序中的多孔媒介方程来解决这类型的问

题）；

总的来说，ADINA-TMC主要用于解决完全耦合的热机械问题。在这类问题中，

热溶解影响结构溶解，反之结构溶解也影响热溶解。

一个热机械问题包括以下效应：

•由于材料的塑性变形产生内热；

•接触的物体间产生热传递；

•由于接触表面的摩擦使表面发热；

图中所示为一个热机械问题的耦合分析，涉及由于接触表面的摩擦而生热以及接

触物体间的热传递。

abaqus

ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简

单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几

何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其

中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以

及土壤和岩石等地质材料。作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应

力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、

热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透/应力耦合分析）及压电介质

分析。

ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。大量的复杂问题

可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。例如，对于复杂多构件问题的模拟是

通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。在大部

分模拟中，甚至高度非线性问题，用户只需提供一些工程数据，像结构的几何形状、

材料性质、边界条件及载荷工况。在一个非线性分析中，ABAQUS能自动选择相应

载荷增量和收敛限度。他不仅能够选择合适参数，而且能连续调节参数以保证在分析

过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。

ABAQUS有两个主求解器模块—ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit。A

BAQUS还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块—

ABAQUS/CAE。ABAQUS对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。

ABAQUS被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结

构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。ABAQU

S不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。

ABAQUS的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。由于AB

AQUS优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研

究中所广泛的采用。ABAQUS产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。

ABAQUS软件与ANSYS软件的对比分析

1．在世界范围内的知名度：

两种软件同为国际知名的有限元分析软件，在世界范围内具有各自广泛的用户群。

ANSYS软件在致力于线性分析的用户中具有很好的声誉，它在计算机资源的利用，

用户界面开发等方面也做出了较大的贡献。ABAQUS软件则致力于更复杂和深入的

工程问题，其强大的非线性分析功能在设计和研究的高端用户群中得到了广泛的认可。

由于ANSYS产品进入中国市场早于ABAQUS，并且在五年前ANSYS的界面是

当时最好的界面之一，所以在中国，ANSYS软件在用户数量和市场推广度方面要高

于ABAQUS。但随着ABAQUS北京办事处的成立，ABAQUS软件的用户数目和市

场占有率正在大幅度和稳步提高，并可望在今后的几年内赶上和超过ANSYS。

2．应用领域：

ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等

十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该

领域的深层次实际问题。

3．性价比

ANSYS软件由于价格政策灵活，具有多种销售方案，在解决常规的线性及耦合

问题时，具有较好的性价比。但在实际工程中，非线性是比线性远为普遍的自然现象，

线性通常只是非线性的理想化假设。随着研究水平的提高和研究问题的深入，非线性

问题必然成为工程师和研究人员面临的课题，并成为制约深入研究和精确设计的瓶颈。

购买ABAQUS软件可以很好地解决这些问题，缩短研制周期、减少试验投入，避免

重新设计。工欲善其事，必先利其器，使用不恰当或低档的分析工具进行工作的成本

要远超过使用合适工具的成本。因此，从综合效益和长远效益而言，ABAQUS软件

的经济性也是非常突出的。

4．求解器功能

对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、

计算时间等方面都较为接近。

ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势。其非线性涵盖材料非

线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。

另外，由于ABAQUS/Standard(通用程序)和ABAQUS/Explicit(显式积分)同为A

BAQUS公司的产品，它们之间的数据传递非常方便，可以很容易地考虑预紧力等静

力和动力相结合的计算情况。

ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以解决其它软件不收敛的非线性

问题，其它软件也收敛的非线性问题，ABAQUS软件的计算收敛速度较快，并更加

容易操作和使用。

5．人机交互界面

ABAQUS/CAE是ABAQUS公司新近开发的软件运行平台，他汲取了同类软件和

CAD软件的优点，同时与ABAQUS求解器软件紧密结合。

与其他有限元软件的界面程序比，ABAQUS/CAE具有以下的特点：

l采用CAD方式建模和可视化视窗系统，具有良好的人机交互特性。

l强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿

真提供了方便。

l鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了连接(interaction)模块，可以

精确地模拟实际工程中存在的多种接触问题。

l采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了

有力工具。

6．综合性能对比

综合起来，ABAQUS软件具有：

l更多的单元种类，单元种类达433种，提供了更多的选择余地，并更能深入反

映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外，可以方便地模拟管道、接头以及

纤维加强结构等实际结构的力学行为

l更多的材料模型，包括材料的本构关系和失效准则等，仅橡胶材料模型就达1

6种。除常规的金属材料外，还可以有效地模拟复合材料、土壤、塑性材料和高温蠕

变材料等特殊材料

l更多的接触和连接类型，可以是硬接触或软接触，也可以是Hertz接触（小滑

动接触）或有限滑动接触，还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑摩擦和阻尼

的情况。上述选择提供了方便地模拟密封，挤压，铰连接等工程实际结构的手段。

lABAQUS的疲劳和断裂分析功能，概括了多种断裂失效准则，对分析断裂力学

和裂纹扩展问题非常有效。

7．与其它软件比较

ABAQUS是目前非线性计算很强的一个软件，结构计算方面比ANSYS强但是没

有流体模块所以不能做流体计算，另外一个非线性很强的软件是ADINA它同时具备

结构和流体分析模块目前是最好的流固耦合分析软件。

LS-DYNA

LS-DYNA是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能够模拟真实世界的各种

复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等

非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。在工程应用领域被

广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对比证实了其计算的可靠性。

由ist主持开发完成的DYNA程序系列被公认为是显式有限元程序的

鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码。1

988年ist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，并于1997年将L

S-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，

称为LS-DYNA。PC版的前后处理采用ETA公司的FEMB，新开发的后处理为LS-

POST。LS-DYNA的最新版本是2001年5月推出的960版。

LS-DYNA程序960版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、

材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（50多种）程序。它以Lagran

ge算法为主，兼有ALE和Euler算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结

构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力

分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用

相结合的通用结构分析非线性有限元程序。

autodeskmlodflow

Moldflow为企业产品的设计及制造的优化提供了整体的解决方案，帮助工程人

员轻松的完成整个流程中各个关键点的优化工作。

在产品的设计及制造环节，Moldflow提供了两大模拟分析软件：AMA（Moldflo

w塑件顾问）和AMI（Moldflow高级成型分析专家）。AMA简便易用，能快速响应

设计者的分析变更，因此主要针对注塑产品设计工程师，项目工程师和模具设计工程

师，用于产品开发早期快速验证产品的制造可行性，AMA主要关注外观质量（熔接

线、气穴等）、材料选择、结构优化（壁厚等）、浇口位置和流道（冷流道和热流道）

优化等问题。AMI用于注塑成型的深入分析和优化，是全球应用最广泛的模流分析软

件。企业通过Moldflow这一有效的优化设计制造的工具，可将优化设计贯穿于设计

制造的全过程，彻底改变传统的依靠经验的―试错‖的设计模式，使产品的设计和制造

尽在掌握之中。

AutodeskMoldflowAdviser概述AutodeskMoldflowAdviser作为Autodes

k数字化样机解决方案的一部分，为客户提供了一个简便易用的工具，使其能够在加

工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理。减少潜在的设计失误，缩短产品的

开发周期，降低开发成本。

AutodeskMoldflowAdviser透过简化注塑成型的模拟帮助设计者优化模具设

计的诸多特征，如浇口，流道，模穴的排位。引导设计者从分析的开始建立直到结果

的解析，并帮助他们认识到通过壁厚，浇口位置，材料，产品几何的变更是如何影响

产品的制造可行性的。通过对成型工艺的模拟能够帮助设计者找出并解决潜在的问题，

AutodeskMoldflowAdviser使得每一位设计工程师都能自信的完成注塑件的设计。

快速的定案

AMA能够快速的给出关于基本制造可行性问题的答案，诸如―产品能否充填满？‖，

通过这种特有的设计模式，无论你是有经验的专家还是新手，AMA都将会让你感受

到注塑成型模拟防真的可靠性与实用性。AMA快速易用，能够让普通设计人员在开

发初期对设计方案进行反复的验证-------在此阶段进行设计的变更成本最低，同时此

阶段的设计对制造可行度的影响也是非常的高。设计向导-----辅助分析者从材料选择，

分析建立一直到结果解析。因此，使用者能够迅速的共享可视化的分析结果并且快速

的作出相应设计变更。节省时间

AMA是Autodesk数字化原型的一部分，因此，客户可以直接分析任何在Autod

eskInventor下建立的模型。同时也允许直接读入分析其它3D软件建立的数字模型。

直接读取数字模型的能力可以帮助节省大量的时间-------你不必再专门花时间去准备

分析的数字模型。一但你在AutodeskInventor中建立好了3D模型它就可以直接用

来分析了。为了获得可靠，精确的分析结果，AMA能够在模型的导入的同时自动的

检测并修复由于在模型转换过程中出现的破损。

避免返工

AMA的求解器能提供与实际成型一致的非常精确的分析结果。通过精确模拟塑

料在模腔中的流动行为，AMA让设计者能够轻易的预测并指出产品潜在的问题点，

帮助他们优化设计方案，提升产品品质，避免制造的延误。AMA能由此避免由于模

具修改或产品修改而带来的时间及成本的消耗。

选择正确的材料

材料选择的正确性对产品最终的使用性能有着关键性的影响。AMA有全球最大

的塑料材料的数据库。超过8，000多种材料，更新，精确的数据能够让用户有效的

评估对比不同的材料并作出正确的选择。此外还有塑料牌号及能耗指标作为参考，用

户可以选择低能耗的材料减低制造过程的能耗。

提升协同能力

AMA通过提供工程师有效的分析结果，针对结果的说明以及设计建议，让工程

师能够最快的找到问题并给出解决方案。采用自动的文书工具，分析结果可以被整理

成标准化的模版格式并透过网路或office软件共享给相关人员。同时也可以直接创建

HTML,Word,PowerPoint格式的文件用于提升协同作业，流程开发。

AutodeskMoldflowInsight概述AutodeskMoldflowInsight软件，作为Aut

odesk数字样机解决方案的一部分，为数字样机的使用提供了一整套先进的塑料工程

模拟工具。MoldflowInsight强大的功能深入分析，优化塑胶产品和与之关联的模具，

能够模拟当今的最先进的成型过程。目前该软件普遍应用于最顶级的汽车制造，医疗，

消费电子和包装行业，MoldflowInsight帮助公司将新产品更快的推向市场。

MoldflowInsight让您在确定最终设计之前在计算机上进行不同材料，产品模型，

模具设计和成型条件的试验。这种在整个产品的开发过程评估不同状况的能力使您能

够获得高质量产品。AutodeskMoldflowInsight帮助制造者―第一时间改好‖，从而

避免制造阶段成本提高和时间延误。

专业的模拟工具

AutodeskMoldflowInsight致力于解决与塑料成型相关的广泛的设计和制造问

题，对生产塑胶产品和模具的各种成型包括一些新的成型方式,它都有专业的模拟工

具。软件使您不但能够模拟最普通的成型，还可以对为满足苛刻设计要求而采取的独

特的成型过程来模拟。在材料特性，成形分析，几何模型方面技术的领先，让Auto

deskMoldflowInsight代表最前沿的塑料模拟技术，帮助我们缩短开发周期，降低

成本，并且让团队可以有更多的时间去创新。广泛的塑胶材料数据库

AutodeskMoldflowInsight包含了最大的塑胶材料数据库。用户可以查到超过

8000种商用塑胶的最新最精确的材料数据，因此您能够放心的评估不同的候选材料

或者预测最终应用条件苛刻的成型产品的性能。软件中也可以看到能量使用指示和塑

胶的标识，因此您可以更进一步的降低材料能量并且选择对可持续发展有利的材料。

深入分析

AutodeskMoldflowInsight赋予工程师深入的分析能力去帮助他们解决最困难

的制造问题。由于分析结果高度可信，甚至是最复杂的产品模型，AutodeskMoldfl

owInsight也能够使工程师团队在模具制造前预测制造缺陷，真正的减少费时费钱的

修模工作。可定制的结果和报告

通过完善的控制分析过程参数和广泛的可定制的结果，AutodeskMoldflowInsi

ght使您能够将分析结果和实际成形条件精确关联，帮助您预测潜在问题并采取改善

措施去避免。一旦分析完成，您可以使用自动报告生成工具制成普遍格式(HTML,

MicrosoftWord,andPowerPoint)的报告，这样就可以和设计，制造团队的其他人

员分享有价值的模拟结果，提高协同性使开发更流畅。AutodeskMoldflowInsight

产品线

不同的产品提供不同的功能性级别，Autodesk致力于帮助CAE分析师，塑胶产

品设计工程师，模具制造者和成型工程师去创建精准的数字样机，从而花更少的成本

将更好的产品推向市场。

Autodesk是世界领先的工程软件提供商之一，它提供的软件能帮助企业在产品

还没有正式生产之前体验其创意。通过为主流制造商提供强大的数字样机技术，Aut

odesk正在改变制造商思考设计流程的方式，帮助他们创建更加高效的工作流程。A

utodesk的数字样机方案是独一无二的可扩展、可实现、经济高效的解决方案，支持

为数众多的制造商在几乎不改变现有工作流程的前提下，享受到数字样机带来的益处，

其能够以直观的方式在多种工程环境中创建和维护单个数字模型。

Moldflow整体解决方案随着塑料工业以及和塑料相关产业的蓬勃发展，塑料行业

的竞争日趋激烈，一方面原材料价格及人力成本不断上涨，另一方面产品的销售价格

不断下降而产品的质量、功能等要求不断的提高，交货周期要求更短。为适应市场的

要求，许多企业都进行了技术创新，高额引进了高精尖的硬件设备，比如高档的注塑

机，自动化的辅助系统，并解决了很多难题和创造了相当大的效益，但硬件效能充分

发挥的前提是设计优化。但目前大多数企业的产品设计、模具设计以及产品制造的各

环节分布在不同公司、不同地域或同一公司的不同部门，产品设计和模具设计主要独

立的靠经验来完成，设计阶段较少的系统的考虑制造的问题。这样没有经过优化的设

计方案势必会导致制造成本的增加和开发周期的延误，因此要提升业界的技术水平，

持续的降低制造成本，就必须将产品设计、模具设计和产品制造，供应商评估等资源

进行有效的整合。而Moldflow正是为企业整合制造链的有效工具。

经过30多年的持续努力和发展，Moldflow早已成为全球塑料行业公认的分析标

准。Moldflow为企业产品的设计及制造的优化提供了整体的解决方案，帮助工程人员

轻松的完成整个流程中各个关键点的优化工作。在产品的设计及制造环节，Moldflow

提供了两大模拟分析软件：AMA（Moldflow塑件顾问）和AMI（Moldflow高级成型

分析专家）。AMA简便易用，能快速响应设计者的分析变更，因此主要针对注塑产

品设计工程师，项目工程师和模具设计工程师，用于产品开发早期快速验证产品的制

造可行性，AMA主要关注外观质量（熔接线、气穴等）、材料选择、结构优化（壁

厚等）、浇口位置和流道（冷流道和热流道）优化等问题。AMI用于注塑成型的深入

分析和优化，是全球应用最广泛的模流分析软件。AMI不仅可以考虑传统注塑问题，

还可分析双色注塑（Over-Molding）、气体辅助注射（Gas-assistantMolding）、共

注成型（Co-Injection）、注压成型（Injection-Compression）、发泡注射成型（Mu

cell）、光学的双折射分析（Birefringence），近期兴起的热流道动态进料系统也可

在AMI中进行模拟，此外还可分析热固性材料的反应成型以及电子芯片的封装成型，

AMI广泛用于汽车、医疗、3C、航空航天以及封装等所有与塑料相关的行业。

企业通过Moldflow这一有效的优化设计制造的工具，可将优化设计贯穿于设计

制造的全过程（如下图所示），彻底改变传统的依靠经验的―试错‖的设计模式，使产

品的设计和制造尽在掌握之中。

基于Moldflow的优化产品制造流程

客户需求确认阶段

用户需求千变万化，要求也在不断提高。因此在研发时，首先需要评估客户的需

求是否能够实现，也就是说能不能在现有的条件下有效制造出来，以及大致的品质会

如何，通过AMA可快速的根据客户的要求修改并验证设计方案的制造可行性。提高

与客户的沟通的效率的同时，降低开发成本。

产品研发阶段

这是产品设计最重要的阶段。产品研发人员根据概念或外观的设计进行产品结构

研发工作。此阶段最关心的是产品外观质量、制造工艺性、材料的选择、结构设计的

合理性等，因此需要采用Moldflow分析进行验证。通过Moldflow的分析和验证用户

可充分比较不同设计方案的优劣性，前瞻性的获得对产品质量的预测，从而确定最佳

的产品设计方案。

模具设计制造阶段

产品的结构设计一旦完成，接下来就是产品实现的问题。产品的实现一般分为内

部开发或外发。内部开发就涉及到模具的设计问题。

在模具设计阶段需要对模具设计方案以及产品设计方案进行全面的综合评估，比

如是采用一般的注塑成型方法，还是采用气辅注塑成型的方法，或者其他的方法？是

采用几点进浇的方案？采用热流道还是冷流道？采用多少吨位和等级的注塑机等。通

过Moldflow只需在计算机上进行试模，便可直接优化浇注系统和冷却系统的设计，

获得最佳的工艺条件。如发现产品设计存在缺陷，可结果反馈给产品研发部门，建议

其通过设变解决潜在的问题，研发部门也可与客户就改善建议进行沟通以征求他们的

意见。另外Moldflow还可将分析的结果导出至结构分析的软件如ANSYS进行结构

问题的评估,以确定最佳的设计方案。由于有Moldflow优化的保证，可大大减少实际

的试模次数并显着缩短模具的开发周期。

供应商确认阶段

如果产品是外发开模就需要对供应商的技术方案，价格，开发周期作一个综合评

估以选择最合适的供应商，保证整个产品的开发进度在控制的范围内，避免供应商出

现延期交货。因此需要根据供应商提交的设计方案评估制造可行性；精确分析生产成

本及材料损耗，以评估报价的合理性；如供应商提出产品设计方案调整的要求，也可

通过Moldflow的分析以确认设变的必要性及效果。

注塑成型阶段

通过Moldflow分析，用户可直接获得产品生产时最佳的成型工艺范围，同时由

于产品和模具设计已经过Moldflow的优化，因此产品的生产将更加稳定，另外由于

优化的方案大大缩短了成型周期，所以产品的生产成本也随之降低。对于量产时发现

的质量问题，也可再交由Moldflow进行针对性的分析以找出问题的原因和最佳的改

善方案。

装配和交货

优化的设计和制造保证了良好的产品质量并最大化的缩短了开发周期，确保后续

的装配顺畅，从而保证产品可按时交货，在节约企业开发成本的同时也确立了企业良

好的信誉，从而为企业在激烈的市场环境中赢得长足的发展空间。

结果的共享

在开发流程的各个环节，用户都可通过Moldflow提供的Communicator这一有

效的结果共享工具对Moldflow的分析结果进行共享，从而保证沟通的顺畅和有效。

基于Moldflow的优化的产品设计制造解决方案，经过国内数百家用户的实践证

明，是一整套切实有效的成熟的解决方案，对于塑料产品的设计和制造提供了全方位

的优化和评估，是企业在激烈的市场竞争中立于不败之地的致胜法宝。

钣金冲压快速有限元分析软件-FASTA

MP

FATAMP是一种基于改进的逆算法和动态显示法的快速有限元分析软件。这种改

进的逆算法成功的避免了当前塑性变形理论为逆算法提供基础的应变局限问题。将四

结点膜元原理和DKQ弯曲原理一起用于考虑弯曲效果的运算法则中。使更多正确的

模型在软件中建立，以便像压边力，摩擦力和筋限制这样的工艺参数能够应用到计算

当中。冲压方式，排样方式和其他影响因素也同样被考虑。因此，该软件可用于潜在

的缺陷检测，成行性分析，材料选用和工艺验证。产品设计，工艺设计和模具设计可

以集成于FASTAMP，所以产品成形性能得到了保证，实现了冲压工艺和模具结构优

化的最优化。

汽车嵌板式构成车身的主要零件，一个车身零件50–70%的重量是来自嵌板。传

统的汽车嵌板模具设计主要是依靠经验和一些复杂的方法。以致于生产周期长而且耗

费高。随着汽车工业的发展，传统的设计方法不能满足现代工业的需求。近几年来数

字模拟技术得到了非常迅速的发展和广泛的应用。像LS-DYNA,PAM-STAMP,DY

NAFORM,AUTOFORM等许多商业模拟软件在汽车工业是得到了应用[1，2]。这些

软件在几何模型，预处理模拟，运算解答和后处理的需求中存在不同的特点。这种软

件被分为了两类，也就是说分为了基于增量法的软件和基于逆算法的软件。前者主要

应用于工艺方案的确认和模具设计的评估，由于需消耗过多的时间和输入大量的数据

而使得该类软件不能应用于产品生产阶段。而逆算法能够应用于产品生产和工艺规划

阶段的坯料评估，成形性分析和工艺参数的最优化设计中。例如像AUTOFORM/One

step,

FASTFORM等这样的基于逆算法的商业模拟软件。然而在许多实际工业应用中

却指出这些基于逆算法的软件分析出来的结果是不准确的，以及不能有效的应用于实

际生产特别是对于复杂的成形问题[5]。

FASTAMP是一款特殊的板料冲压快速有限元分析软件，该软件的前处理器包括

一个普通的CAD数据接口和一个自动表面网格，能够快速建立高质量网格，针对点，

线，面和单元的编辑而提供强大的模型修整功能，还包括一般性的素材库[6]。动态显

示法和改进的逆算法在该软件中得到了集成。所以像摩擦，润滑，冲孔力和筋限制都

能被模拟并且得到更准确的结果。该软件提供了更多的模拟功能来检测成形中包括破

裂，起皱，变薄和会弹等缺陷来评估毛坯尺寸和确定剪切或冲孔的位置及形状，来使

工艺规划和模具设计得到最优化。产品设计，工艺规划和模具设计通过FASTAMP紧

密地联结了起来，从而提高了设计效率和产品质量，进而缩短了整个生产周期。

FASTAMP,一个集动态显示法和改进的逆算法以及最新的前后处理预备功能各

优势于一体的快速有限元分析软件已经研制成功。FASTAMP为钣金零件和冲压模具

设计提供完整的软件模块，并能适用于产品和模具开发周期的整个阶段，能够快速评

估潜在缺陷和零件设计的可成形性，以及冲压工艺和工艺参数的最优化。通过虚拟试

模验证模具设计和冲压工艺。零件和模具设计的实际应用表明FASTAMP软件的应用

大大改变了传统的主要靠简单的分析理论和经验的产品开发和模具设计，可以减少产

品开发和模具设计的风险和成本及缩短模具设计和开发的周期。