面向重大工程需求的CAD/CAE一体化高效计算方法

The proposed project aims to satisfy the urgent need for efficient design of large-scale thin shell structure in the vehicle, aeronautical/astronautically, and mechanical manufacture industries and to provide an efficient theoretical and computational method to simulation of dynamic nonlinear contact-impact procedures of thin shell structure. Computational efficiency is to be significantly increased by means of constructing the CAD model and novel element techniques, realizing the unified representation and seamless integration of CAD/CAE models in the field of nonlinear computation, and achieving GPU parallel computation in dynamic problems with large deformation via resolving key issues such as GPU mass data storage and parallel contact computations. The efficiency of iterative computation and optimization is also to be substantially increased by utilizing re-analysis to achieve rapid system response upon adjustment of design parameters. This project will result in a highly efficient CAD/CAE integrative algorithm with high levels of theoretical innovation, engineering practicality and a wide range of applicability. This algorithm will also take part in the construction of an efficient integrated platform for computation and will be validated through its application in vehicle design and manufacture. But above all, the algorithm will provide theoretical and methodological support for the innovative advancement of related industries.

面向汽车、轨道交通、航空航天等重大工程中对大型复杂薄壳结构设计的迫切需求，提出薄壳结构动态非线性高效计算理论与方法，解决大型复杂薄壳结构碰撞毁伤等强非线性问题的CAD/CAE统一模型表示、基于自适应细分的复杂大变形单元构造、基于GPU集群的高效计算以及优化迭代中的快速重分析方法等科学问题，从模型建立、单元构造、迭代计算等方面丰富高效计算理论，从使用效率、计算效率、迭代效率三个层次保证项目方法的高效性和配套性。在此基础上，形成新的高效计算理论体系和原型系统，开发一个集成度高、可靠性好、在基础理论与体系结构有创新的高效计算平台，并在至少两款自主品牌汽车设计中得到验证与应用。通过本项目的实施，不仅提高我国高效计算的总体研究水平，而且为开发我国自主的具有国际竞争力的CAE系统并打破国外CAE技术的垄断提供新的理论和方法支持，为汽车、轨道交通、航空航天等重大工程中的产品设计提供高效可靠的计算技术支撑

本项目的主要目标是提出复杂工程产品设计中CAD/CAE一体化高效计算方法，通过研究高效高精度的离散模型统一表示方法、新型单元理论和方法、基于GPU的并行计算方法、基于重分析的优化计算方法等科学问题，有效解决了产品设计和性能优化过程中计算精度和计算效率的难题，开发了多个并行计算和优化设计软件，最终形成了一个具有创新和实用价值的模拟仿真和优化设计平台。项目组共发表论文98篇，其中SCI收录论文75篇，获得了7项具有自主知识产权的软件著作权，以及授权发明专利7项。参与项目的研究生中，目前已经毕业博士生15名，硕士生18名。完成了计划书中约定的各项研究目标。本项目的理论研究成果可以提高我国高性能并行计算的总体研究水平，而且为开发我国自主的CAE分析软件，打破国外 CAE 技术的垄断提供新的理论和方法支持。相关成果在上汽通用五菱、东风柳汽等国内汽车企业得到初步应用，应用车型包括轿车、微车、轻卡、SUV、MPV等，大幅度缩短了相关产品的开发周期，提高了产品质量和市场竞争力，取得了较大的经济效益。