1. 实验室定位

CAE仿真与结构创新实验室是以计算辅助工程（CAE）为核心，融合多物理场仿真、数字孪生与先进材料研究的综合性技术平台。实验室聚焦结构设计的前沿创新，通过高保真数值模拟与实验验证闭环，突破传统设计的经验局限，实现从“经验驱动”到“仿真驱动”的研发范式转型。

2. 核心能力体系

2.1 多学科仿真技术栈

• 结构力学仿真：

• 线性/非线性分析（几何非线性、材料塑性、接触摩擦）

• 显式动力学（碰撞、跌落）与隐式静力学（刚度优化）

• 典型工具：ANSYS Mechanical、ABAQUS、LS-DYNA

• 流体-结构耦合（FSI）：

• 气动噪声（风噪）、液固相互作用（油箱晃动）

• 工具组合：Fluent/CFX + Structural Solver

• 多体动力学（MBD）：

• 机械系统运动学/动力学仿真（如悬架耐久性）

• 工具：Adams、Simpack

• 多尺度仿真：

• 宏-微观联动分析（如复合材料细观力学→宏观性能预测）

2.2 高性能计算（HPC）支撑

• 分布式计算集群：千核级并行计算，支持千万网格量级仿真。

• GPU加速：显式动力学（如LS-DYNA GPU版）提速5-10倍。

• 降阶模型（ROM）：基于Kriging或POD的实时仿真技术。

2.3 结构创新方法论

• 拓扑优化：

• 变密度法（SIMP）、水平集法实现轻量化设计

• 工具：Altair OptiStruct、TOSCA

• 生成式设计：

• 结合AI算法（GAN、强化学习）探索非直觉构型

• 智能材料应用：

• 形状记忆合金（SMA）、超弹性橡胶的本构建模

3. 实验验证体系

3.1 数字-物理闭环验证

• CAE-CAD协同：仿真结果直接驱动CAD参数化修改（如CATIA同步更新）。

• 硬件在环（HIL）：实时仿真机（如dSPACE）与物理子系统联调。

3.2 先进测试装备

• 三维光学测量：GOM ATOS全场应变分析，精度±5 µm。

• 多轴加载系统：液压伺服作动筒（±500 kN），复现复杂工况。

• 声学实验室：半消声室（背景噪声＜20 dB）与声学相机（64麦克风阵列）。

4. 典型研究课题

• 极端载荷下结构失效机理：

• 基于XFEM的裂纹扩展预测与实验对照

• 仿生结构设计：

• 蜂窝/晶格结构的能量吸收特性优化

• 新能源装备创新：

• 电池包碰撞安全仿真与热-力耦合分析

5. 技术输出与行业赋能

• 正向设计流程重构：建立“仿真优先”的产品开发标准（如仿真规范V&V指南）。

• 知识沉淀平台：

• 材料数据库（如非线性参数库）、仿真模板库（参数化APDL/Python脚本）。

• 跨行业应用：

• 汽车：白车身轻量化（减重15%+刚度提升）

• 航空航天：复材翼盒屈曲稳定性分析

• 医疗：植入物疲劳寿命预测

6. 实验室特色

• 学科交叉：力学、材料科学、数据科学的深度融合。

• 技术穿透力：从现象级仿真到机理级建模（如晶界滑移的分子动力学耦合）。

• 开放协作：联合高校（如MIT NCFL）、企业共建创新联盟。

CAE仿真与结构创新实验室不仅是工具的应用者，更是方法论的开创者与技术瓶颈的突破者。通过“虚拟世界定义物理产品”的理念，推动结构工程进入“可计算设计”的新阶段。