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1、1,现代CAE技术,练章华 教授,2,教材：练章华主编：现代CAE技术与应用教程北京：石油工业出版社，2004.12,3,上机时间：上课时间第9周开始(星期二、四晚上8:1010:00)上机地点：计算站BC403,4,上课成绩(平时成绩)：30%上机实验成绩：40%工程应用大作业：30%,5,第1章 CAE总体概貌,第1讲,一、现代CAE技术二、有限元法的提出和发展三、工程分析问题四、ANSYS应用实例介绍,6,一、现代CAE技术,CAE英文全称为：Computer Aided EngineeringCAE中文名词为：计算机辅助工程 主要以有限元分析技术为基础，综合了迅速发展中的计算力学、计算
2、数学、相关的工程管理学与现代计算技术而形成的一门综合性、知识密集型的学科，它包括了工程和制造业信息化的所有方面，其相关的软件就称为CAE软件。,7,一、现代CAE技术,1.传统设计过程2.现代设计法,8,*引进国外先进软件促进机械行业飞跃发展,9,使用CAE软件必须具备的背景知识,10,11,2.现代设计法,12,13,1.有限元法：是根据变分原理求解数学 物理问题的数值计算方法,二、有限元法的提出和发展,14,2.有限元法基础：结构离散和分片插值,连续的弹性体,无限多自由度,15,3.有限元法提出：首先是从航空结构设计中提出来的。,4.有限元法起源：可以追朔到20世纪50年代。,16,196
3、0年美国加州大学伯克利分校的R.w.Clough教授 第一次正式使用“有限单元”(Finite Element）,17,历史典故 1 结构分析的有限元方法是由一批学术界和工业界的研究者在二十世纪50年代到二十世纪60年代创立的。有限元分析理论己有100多年的历史，是悬索桥和蒸汽锅炉进行手算评核的基础。,18,历史典故 2早期ANSYS是随计算机硬件而发展壮大的。ANSYS最早是在1970年发布的，运行在价格为1,000,000的CDC、由Univac和IBM生产的计算机上，它们的处理能力远远落后于今天的PC机，一台奔腾PC机在几分钟内可求解50005000的矩阵系统，而过去则需要几天时间。,1
4、9,解析方法求出精确解的只是方程性质比较简单，且几何边界相当规则的少数问题.,现代数学力学理论,5.数值模拟技术,20,弹性力学平面问题,静力平衡问题,弹性材料,固体力学,从分析和校核,6.有限单元法总结,三十多年来,21,随着现代力学、计算数学和计算机技术等学科的发展,可以预计,22,固体力学,电磁学,振动特性分析,传热学,流体力学,1.有限元法在工程中的应用,三、工程分析问题,23,80年代初期,24,概念设计实体模型有限元分析优化设计,2.现代设计方法,减少设计与制造费用,25,3.ANSYS程序概述,1970年，John Swanson博士创建了ANSYS公司，总部位于美国宾夕法尼亚洲
5、的匹兹堡。,30年来，ANSYS公司致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和计算技术，领导着世界有限元技术的发展，并为全球工业广泛接受，其5万多用户遍及全世界。,1.Home Page CN2.Home Page HQ,26,ANSYS软件：是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件。,4.自然界的四种场,27,5.多场耦合分析功能,28,29,7.处理器,30,8.ANSYS数据库,31,图形窗口,32,四、CAE发展方向,1.与CAD软件的无缝集成2.强大可靠的网格剖分能力3.由求解线性问题发展到非线性问题4.由求解结构场发展到耦合场5.程序的开放性,33,五、现
6、代CAE技术在工程中的应用,34,1 在油气勘探开发中的应用盆地地质力学分析模拟大地构造学数值仿真地应力场模拟研究地球动力系统与演化仿真声波法测井资料解释与模拟电测法测井资料解释与模拟构造的地层温度压力场预测井壁稳定性与钻进效果研究石油勘探开发仪器设计,35,2 在石油钻井工程中的应用石油钻机井架系统结构设计钻柱强度与环空动力学钻头与BHA 设计高压水射流破岩井下环空流体动力学钻柱接头与井下工具优化设计地面钻井配套设备静、动力学,36,3 在采油工程中的应用套管与油管柱设计井口装置、阀门与法兰设计油管与采油封隔器、卡瓦系统设计井下电潜泵、水利活塞泵有杆泵管柱优化设计射孔完井高压注水强度稠油热采
7、工程套管损坏机理,37,4 在油田地面工程建设中的应用石油重型装备设计与建设油气储运地面工程建设埋地、架空管线设计钻采地面配套工程建设滩海与浅海钻采装备,38,六、ANSYS在工程中的应用,(一)、ANSYS在机电中的应用实例(二)、ANSYS在石油工程中的应用实例,39,(一)、ANSYS在机电中的应用实例,40,41,42,43,17.几何模型的传输CAD，ANSYSIGES接口,44,(二)、ANSYS在石油工程中的应用实例,1.平面问题射孔完井中的应用1,2.空间问题射孔完井中的应用2,45,参考资料：1.ANSYS入门手册（上下），美国ANSYS公司北京办事处,1998.2.ANSY
8、S基本过程手册，美国ANSYS公司北京办事处,1998.3.ANSYS建模与分网手册，美国ANSYS公司北京办事处,1998.4.ANSYS非线性分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.5.ANSYS动力学分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.6.ANSYS热分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.7.ANSYS电磁场分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.8.ANSYS计算流体动力学分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.9.ANSYS耦合场分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.10.ANSYS疲劳断裂复合材料，美国ANSYS公
9、司北京办事处,1998.11.ANSYS高级分析指南，美国ANSYS公司北京办事处,1998.12.王国强，主编，西安：西北工业大学出版社，1999.813.,美国IMAG公司驻北京办事处-资料，1993年9月。14.ANSYS/ED5.4 光盘在线资料，ANSYS,Inc,SAS IP,Inc.15.ANSYS/ED5.6 光盘在线资料，ANSYS,Inc,SAS IP,Inc.200016.王勖成，劭敏，编著，有限单元法基本原理和数值方法，北京：清华大学出版 社，1997年3月。,46,47,七、CAE软件介绍,ANSYS软件ADINA软件ABAQUS软件NASTRAN软件MARC软件其它CAE软件,P1234,
