開始CAE模擬之前，我們先來了解一下這些名詞

來自專欄 CAE模擬空間36 人贊了文章

如果將時間倒退10年，彼時的模擬工程師算是機械行業中的白領，薪資也是高人一等。經過這十來年技術的發展和整個行業人才的培育，無論是正版還是偷著用盜版，模擬軟體已經非常普及，CAE技術在各企業、科研院所的應用也非常普遍，伴隨的形成一大批從業人員。自然，目前行業狀態應該也從最初的「藍海」走向了「紅海」，單一的一些模擬技術已經比較成熟，競爭也較為激烈。對於此時入行從事模擬的朋友，更多應該著眼於當下的技術難題和技術趨勢，比如NVH、多物理場耦合、氣動雜訊、主動控制、虛擬樣機、複雜機-電-液（氣）多學科綜合模擬、二次開發技術、自動化模擬平台構建、並行計算等方面。

雖然當下從業競爭大，但是作者同大家有一樣的共識就是，在製造業往智能化數字化方向的發展過程中，連接物理與模擬的這條數字化橋樑必然是通過CAD和CAE技術，而這一塊是不可或缺也是必須解決的問題，否則後面的問題無從談起。你可以說我有感測器，我埋了很多數據采點，但數字化的過程仍然不可替代，所以行業機會和未來還是值得期待的。

鋪墊這麼多題外話，還是為了引出下面的內容，在開啟CAE模擬之旅之前，我們需要了解了解該領域涉及的一些基礎的技術辭彙，當然某些與國標《 GB/T 31054-2014 機械產品計算機輔助工程 有限元法數值計算 術語》會有重合，更多的是作者自身的理解與補充，下面對這些術語作個簡單介紹，拋磚引玉，希望對大家有所裨益。

NVH

全稱為Noise，Vibration，Harshness。源於汽車行業，是各大汽車廠商在研發投入中佔據重要地位的一個方面，主要針對汽車的振動雜訊以及行使平順性進行的技術研究。這一領域涉及的內容比較豐富也比較複雜，比如聲學包建模、多體動力學、模態實驗和模擬、主動控制、懸置系統設計等，每一塊都是一個大課題，所以說NVH綜合性強，網友稱之為「玄學」！

多物理場耦合分析

在項目模擬中需要考慮兩種或者兩種以上的學科相互作用的影響的問題。比如熱-應力耦合、流-固耦合、聲-結構耦合、電-磁-熱耦合等工程問題，根據耦合問題中相互作用的關係可以分為單向耦合和雙向耦合，判斷的條件是看兩者是否發生相互的作用，如果僅一方對另一方其作用則為單向耦合。

多物理場問題求解較為複雜，涉及的知識廣度更大，目前應用的領域更多的涉及電磁熱以及流體相關工程領域，在這塊比較知名的軟體是COMSOL，當然WORKBENCH應用也比較廣泛。

虛擬樣機（數字樣機）

比較大的概念，可以說所有的計算機模擬都算數字樣機工程，但是由於國內出版的書籍以及各類刊物，更多的將數字樣機和多體動力學（MBD）聯繫在一起，比如ADAMS，LMS Virtual.Lab MOTION，Samcef等。其實數字樣機是一項龐大的系統工程，它所追求的目標就是儘可能的實現對物理樣機的代替，全面數字化無圖紙化，但是由於整個技術涉及較廣泛的學科知識、龐大的實驗數據積累以及長遠的系統規劃等諸多方面內容，目前應該以工程機械和汽車領域較為成熟。

並行計算（Parallel Computing）

字面意思很好理解，同時進行。這是一種處理大規模複雜問題的計算方法，通常將一個問題離散成多個可以並發進行的小問題，然後通過多核或者多台連接的計算機對每個小問題同時求解計算，極大地提升求解效率，比如超算中心的伺服器集群解決整車碰撞、高鐵高速運行及交會的流場模擬等。圖1所示為並行計算的技術示意圖。

有限元（FEM）

• 形函數

用於計算單元內部任意點數值的插值函數，以三角形單元為例，任一點函數值可由p=N1(x)*x1+N2(x)*x2+N3(x)*x3計算而得，其中xi為單元節點，Ni(x)為形函數。

也可用面積來表示，三角形單元內部任一點p與三邊形成的三角形面積與原三角形面積之比Si/S，如圖2所示。

• 伽遼金法
  一種數值計算方法，由前蘇聯數學家伽遼金提出，是加權餘量方法的一種。求解微分方程時將近似解帶入原控制方程後會產生一定的誤差，也叫餘量，為了使這個餘量為零，取上述形函數作為權函數，對餘量進行加權積分，當使積分值為零的時候的解作為原微分方程的近似解，伽遼金法求解精度比較高。
• 單元與節點

單元與節點是一一對應的。單元包含節點，每個節點體現在有限元計算中的剛度矩陣中，矩陣的維數與節點的個數和自由度多少有關，由於單元與單元之間存在共用節點的問題，所以總體矩陣中也會存在疊加重合的區域，最終計算的整體矩陣是所有節點每個自由度上的值依據所屬單元編號位置關係組裝得到的。

• 單元類型

主要描述不同的分析單元種類，目前主要是線性三角形單元、四邊形單元、四面體單元、六面體單元以及二次的上述單元，另外還包括殼單元、梁單元等，不同的商用軟體針對單元的命名和編寫都不太一樣，但總體大類不外乎以上各類單元。

• 等參數單元

為解決複雜問題提出的解決方法，將不規則單元按照一定的映射關係轉化為規則單元，這裡的「等」體現在它們的節點數是一樣的，如圖3所示。而映射關係則基於坐標變換，它們之間的連接通過雅克比矩陣完成，最終實現對複雜問題的求解。

• 沙漏現象
  一種因為數值計算產生的有限元缺陷，體現為單元受力變形但沒有應變能，也就是我們常說的偽應變能，從而導致單元沒有剛度，這顯然是不正確的。一般可以通過細化網格或者改用完全積分單元來計算來控制沙漏問題的產生。

參數化設計

主要基於CAD設計軟體而言，設計中已經將幾何約束關係等考慮在內，通過直接尺寸驅動整體設計的更新，該技術使得設計更加高效快捷，常用的三維建模軟體均能實現這一功能，參數化設計有利於我們開展優化設計和自動化的模擬等工作。

靈敏度及響應面（RSM）

優化設計中的概念，靈敏度很好理解，用於分析變數對目標結果的影響。響應面也是用來進行靈敏度分析的，它是利用樣本點計算得到的值來擬合獲得一個曲面，主要用於優化設計。這裡面涉及很多統計學方面的知識，涉及抽樣方法、穩健性評估等內容，目前像Workbench中集成了相關的分析方法，使用較為方便。

主動控制（Active Control）

用於研究和控制振動雜訊的技術，字面意思是主動去對外部產生的振動雜訊進行干預，一般通過反饋調節控制。如果不好理解可以結合目前市面上比較流行的主動降噪耳機，這種耳機通過降噪系統產生於外界噪音相同但是反向的聲波，從而將噪音主動消除，達到降噪效果。目前來講這是一種比較前言和技術難度較高的技術，在聲振、NVH等領域逐漸在開展。

當然，除了上面提到的這些散亂的內容，還有非常多尚未涉及的點，感興趣的朋友可以逐一完善，提出指點，以上，希望和大家交流。

另歡迎關注公眾號，更多文章發佈於weixin公眾號：cae_space

掃一掃關注。