第1章　绪论

1.1　前言

CAD/CAE技术是以计算机为主要手段来辅助设计者完成某项设计工作的建立、修改、分析和优化，并输出信息全过程的综合性高新技术。其中CAD是对产品的功能、性能、材料等内容进行定义，其主要结果是对产品形状和大小的几何描述。传统设计的几何描述方式是工程视图，载体为图纸。现代设计的几何描述方式主要采用三维几何模型，载体为计算机。CAE是对产品的功能和性能进行预测和验证，以保证产品在制造以后能够实现预期功能和满足各种性能指标。分析是保证产品质量的重要环节，是评估设计方案、优化产品结构的重要手段。作为现代先进设计与制造技术的基础，CAD/CAE是多学科交叉、知识密集型的高新技术。它使产品设计的传统模式发生了深刻变革，不仅改变了工程界的设计思想及思维方式，而且影响到企业的管理和商业对策，是现代企业必不可少的设计手段。

以液态铸造成型、固态塑性成形和连接成形，以及黏流态注射成型等为代表的材料加工工程是现代制造业的重要组成部分，材料加工不仅赋予成品件或半成品件几何形状，而且还决定其组织结构与使用性能。材料成形CAD/CAE将一个成形过程（或过程的某一方面）定义为由一组控制方程加上边界条件构成的定解问题，利用合适的数值方法求解该定解问题，从而获得对成形过程的定量认识。或者简而言之，材料成形CAD/CAE是指在计算机系统平台上建立产品的数字化模型，并利用数值方法仿真（虚拟）材料的成形过程（或过程的某一方面）。材料成形CAD/CAE的目的是帮助人们认识与掌握材料特性、成形方案、工艺参数、产品形状、模面结构、浇注系统、工装夹具、载荷输入等内外在因素对材料成形质量和工模具寿命的影响；同时，为缩短成形制品与成形模具的开发周期、减少物理试模次数、优化现场成形工艺、选用成形设备、控制产品质量、降低生产成本提供定量或定性数据支持。

材料成形CAD/CAE涉及工程力学、流体力学、物理化学、冶金学、材料学、材料成形原理、材料成形工艺、应用数学、计算数学，以及图形学、电磁学、软件工程和计算机技术等诸多相关学科，是多学科知识及技术的交叉与融合，见图1-1。当然，对于不同的材料成形领域（铸造、锻压、焊接、注射等），所涉及的学科种类会有所不同。

图1-1　材料成形CAD/CAE技术涉及的学科领域

广泛的学科理论、合理的数学模型（数理方程）、高效的计算方法、准确的材料参数、严格的边界定义、可靠的检测手段、必要的物理实验，以及坚实的专业知识、丰富的现场经验和成熟的CAD/CAE系统是确保数值模拟技术在材料成形领域成功应用的关键。