以ANSYS软件为例，本文介绍一下CAE仿真过程。有限元分析包括三个步骤：前处理→求解→后处理。在前处理前首先要对模型简化使CAD模型转换成CAE模型，前处理包络分析类别选择、材料加载、约束、载荷及接触设置以及网络划分；求解设置包括求解器选择、载荷步和分析参数等设定；后处理包括要求解的物理量选择，包括位移、应力、应变、疲劳、模态、频率响应、谱响应、随机振动响应、温度，流量密度等。

  ANSYS 基本功能包括:结构静力学分析、结构动力学分析、结构非线性分析、柔体运动分析、热分析、电磁场分析、计算流体分析、声场分析等。

1.结构分析

  静力学分析是指用来求解外载荷引起的位移、应力和约束反力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变化。可求解的静态非线性问题，包括材料非线性，如塑性、大应变；几何非线性，如膨胀、大变形；状态非线性，如接触、碰撞等。

  下图为ANSYS软件中的Static Structural模块，分析支撑座底板固定，孔处轴外部载荷时，整个支撑座的变形情况。

  动力学分析是用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。与静力分析不同，动力分析要考虑随时间变化的力载荷以及它对阻尼和惯性的影响。结构动力学分析类型包括：模态分析、谐响应分析、响应谱分析、随机振动响应分析、瞬态动力学分析、刚体动力分析、显式动力分析等。

  下图为ANSYS软件中的Modal模块，用于确定结构的振动特性，固有频率（自然频率）和阵型，依据这些特性来合理设计结构，避免结构出现共振或者利用共振来实现某些特定功能，是结构动力学分析的必要步骤。图中制动鼓底部固定，属于带约束模态分析，响应频率为对应的几阶共振频率，一般分析到6阶。

2.热力学分析

  传热分析是用来求解温度对结构或部件的影响。热力学分析一般不是单独的，其后往往进行结构分析，计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力。传热分析可进行稳态和瞬态分析，结构通过导热、对流和辐射三种传热方式向外界传递热量，并通过热结构耦合分析，可获得结构热应力分布。

  下图为ANSYS软件中的Steady-State Thermal模块，设定水瓶材料属性、水瓶温度和水瓶壁面对流系数，在稳态分析后，软件呈现水瓶各个位置的温度和热流密度。

3.电磁分析

  电磁分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、耗能及磁通量泄漏等。磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生。磁场分析包括静磁场分析、交变磁场分析瞬态磁场分析、电场分析和高频电磁场分析。

5．耦合场分析

  耦合场分析主要考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。

  下图为ANSYS软件中的Steady-State Thermal模块和Static Structural模块联合仿真分析，在Steady-State Thermal模块获得稳态温度，然后把稳态温度传递给Static Structural模块作为边界条件，约束水瓶底部，软件经分析后得出热应力位移云图。