Определение
CAE (Computer-Aided Engineering) — это класс программных систем, предназначенных для компьютерного моделирования, инженерного анализа и оптимизации конструкций. В отличие от CAD, CAE не столько проектирует форму, сколько проверяет её на прочность, устойчивость, эффективность и соответствие рабочим условиям. CAE включает в себя численные методы анализа: МКЭ (метод конечных элементов), МКР (метод конечных разностей), CFD (вычислительная гидродинамика), тепловой, вибрационный и электромагнитный расчёты.
Типы CAE
CAE-системы подразделяются по функциональности и сфере применения:
| Направление CAE | Примеры программ | Область применения |
|---|---|---|
| Механика / Прочность (FEM) | ANSYS Mechanical, Abaqus, SolidWorks Simulation | Статические и динамические расчёты, напряжения, деформации, разрушения |
| Теплопередача / Термика | COMSOL, ANSYS Fluent, SimScale | Моделирование теплопроводности, конвекции, радиации |
| Гидро- и аэродинамика (CFD) | ANSYS Fluent, OpenFOAM, STAR-CCM+ | Потоки жидкостей и газов, вентиляция, охлаждение, сопротивление |
| Электромагнетизм / ЭМ-поля | GAMMA, COMSOL, ANSYS Maxwell | Расчёты ЭМ-полей, антенны, трансформаторы, высокочастотные системы |
| Силовая электроника / EMC | PSpice, LTspice, Simulink, EMCoS | Анализ цепей, переходные процессы, ЭМС, цепи управления |
| Динамика систем (Multibody) | MSC Adams, Simpack, Simcenter 3D | Моделирование механических систем с подвижными связями и силами |
| Мультифизика (Multiphysics) | COMSOL Multiphysics, ANSYS Workbench, SimScale | Совмещение разных физических процессов (напр., тепло + прочность + ЭМ-поля) |
| Оптимизация и DOE | ModeFRONTIER, OptiStruct, HyperStudy | Поиск наилучших конструкций, параметров, оптимизация по массе, надёжности и т.п. |
| Анализ надежности / Фатиг | nCode, FEMFAT, ANSYS nCode | Оценка усталостной прочности, долговечности, износостойкости |
| Материалы и композиты | Digimat, Matereality, ANSYS Composite PrepPost | Моделирование материалов, армированных структур, пластики, сплавы |
Область применения
CAE-системы широко применяются в машиностроении, авиа- и автоиндустрии, электронике, энергетике и биомедицине для прочностного, теплового, электромагнитного и аэродинамического анализа конструкций и компонентов. Благодаря CAE-инструментам инженеры могут моделировать, анализировать и улучшать конструкции с высокой степенью точности, ещё до выхода изделия в производство.
CAE обеспечивает инженерную обоснованность решений и минимизирует риск дорогостоящих ошибок в реальных условиях. Это неотъемлемый этап цифрового инжиниринга, который позволяет моделировать и оптимизировать конструкции ещё до изготовления прототипа, снижая затраты и повышая надёжность. Он дополняет САПР, превращая проектную геометрию в проверенное и готовое к эксплуатации инженерное решение.
