无论CAE应用于哪个领域,通常会遵循三个步骤:前处理、求解和后处理。每个步骤的复杂程度取决于仿真所涉及的物理现象、所需的精度水平、产品的复杂性,以及数字模型中的运行环境复杂性。此外,整个流程的开展,始终取决于工程团队希望通过仿真获得哪些信息。

以下是上述三个标准步骤。

前处理:描述问题前处理是CAE工作流程中的第一步,也是最重要的一步。在此阶段,工程师需记录已知值,使用CAE软件对几何结构进行离散化,并将所有必要数据录入数据库。大多数模型构建,始于获取系统中的几何结构或组件,并对几何结构进行离散化(即网格划分)。随后,用户必须施加约束以定义特定物理值,并定义作用于几何结构上的载荷。他们还必须指定每种所用材料的属性、组件之间的连接,以及边界条件如何随时间变化。工程师进行CAE仿真的最后一项任务是,通过指定求解器完成所需的输入和变量,来明确数学问题的求解方式。

前处理之所以重要,是因为求解器是根据输入来计算问题的输出;如果输入不正确,输出将无法反映实际情况。这是一种典型的“垃圾输入,垃圾输出”(GIGO)情况。此外,自动化以及与计算机辅助设计(CAD)几何工具的紧密连接,能够加快前处理速度并提高准确性。

求解:构建数学模型并求解对软件在前处理过程中构建的数学模型进行实际计算的过程,称为求解。首先,求解器将数学定义转换为一组方程(通常是偏微分方程),其中包含已知值和未知值。然后,采用数值方法求解大规模方程组,以得到未知值。软件可用于求解未知值,但某些算法可能会消耗大量内存、磁盘空间和CPU资源。因此,在求解大量CAE模型时,高效的求解器和高性能计算资源至关重要。

后处理:查看求解结果求解结果以数值形式存储在数据库中。为了充分利用这些值,工程师需要使用CAE软件将其转换为有意义的表示形式。后处理过程中生成的一些常见结果表示包括:

图表以不同颜色表示结果值的几何结构将结果场中等于某一指定值的位置显示为表面以流线表示的流体运动、以箭头表示的场值,或以光线表示的光路径变形的几何结构表格包含结果值及其坐标位置的计算机文件以颜色表示数值的几何结构图,是后处理中最常见的输出形式。在大多数情况下,工程师利用后处理提供的信息来确认和验证设计、辅助设计,或在制造流程中进行决策。