當今的工程設計已經離不開計算機,離不開計算機輔助工程(CAE)。從大的方面講,傳統的觀點認為,理論與物理實驗是工程科學的兩大支柱;而當前的觀點則認為還有第3根支柱,那就是計算科學。計算科學是應用力學與工程技術之間的橋梁。
談及CAE就不能不講到有限元與結構分析軟件。在這方面的科技進步是巨大的。本人曾讀過這樣的資料:美國摩托羅拉公司在設計手機外殼時,為了保證手機摔到地上盡可能地不被摔壞,從1996年就開始用結構分析軟件進行“手機跌落仿真”。計算工程師通常要建立由20多萬個單元組成的完整逼真的整體手機模型,用explicit code模擬手機跌落時的力學行為. 模擬結果回答設計工程師的問題已經能夠精確到,如果把某處的裝配間隙增加幾毫米或加不到1mm厚的軟墊片,甚至將某個螺絲擰緊1/4圈,周邊零部件的變形會發生怎樣的變化,應力會有怎樣的不同。
目前,借助于高速計算機,有限元分析已經在全世界的工業界獲得廣泛應用。非線性材料、靜動力學、沖擊碰撞、溫度和溫度應力以及電磁與機械的耦合作用,都可以通過大型有限元分析軟件包進行仿真。分析的對象小至1片晶片,大至整輛汽車或整架飛機,力學工具已經能夠如此深入到工程應用之中,不得不令人嘆為觀止。更重要的是,力學分析軟件化以后,使得對結構或機構做力學分析變得大為簡單,一般的力學分析不再需要專門的力學人才去完成。這樣,一方面現代結構可以做得更優美更節約,另一方面則要求我們去改造舊的力學隊伍,改革力學教育。
我們國家從事計算力學研究的專家學者很多,對不少問題給出過創新的算法,對不少算法給出過改進,對計算時間和存儲空間的節約精打細算。應該說我國的專家學者在計算力學的發展上做出了很大的貢獻。然而,現實是,沒有屬于我們自己的結構分析軟件產品,我們只是國外CAE軟件的用戶,其原因可能是深層次的,但是仔細觀察后就可以發現,埋頭于細小工作的專家學者很多,而構造大型軟件的規劃大師則很少甚至沒有,外國的軟件規劃大師把整個軟件的結構設計好,具體模塊則雇用程序員完成,我們很多留學生到國外就是為國外的大型軟件寫程序。
中國正在逐步發展成為國際制造中心,可以想像, CAE的發展空間巨大,其發展也必然包括軟件的推廣使用、軟件操作人員的大量需求,以及現有軟件的擴展等。現在印度在軟件方面發展很快,已經成為世界軟件大國,中國在這個領域也應該大有作為.
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