CAE用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题，属于计算机仿真的范畴。但有时仅凭计算机仿真的方法还不能满足工程精度的需求，这就必须辅以一定的物理试验，由此需要能够满足一定试验精度的模型，传统的数控加工模型在试验过程中遇到了很多难以解决的问题，影响试验的精度。即光固化快速原型技术的出现令此问题迎刃而解。
快速原型技术能够更快、更容易、更经济地设计并制造出各种复杂零件的原型，这些原型用作设计评估、功能测试以及装配试验，即进行物理仿真。它为CAE分析提供了原型验证。只有计算机仿真与物理仿真的有效结合，才能高效率的制造出高精度、高质量的产品。
CAE分析的原型验证
■ 中国工程院院士 卢秉恒
反求工程(Reverse Engineering,RE),也称逆向工程、反向工程,是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量,再根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型的过程,是一个从样品生成产品数字化信息模型,并在此基础上进行产品设计开发及生产的全过程。
讲得通俗些，反求也就是反过来探求的意思，一般研究程序是：需要-设计-创造-成品，而反求的研究程序是：成品-拆开-分析-需要。
反求是数字化设计的最前端，实际上国内外的一些汽车飞机企业都用反求的办法去获得一些数据，比如汽车设计过程中，通过缩比油泥模型来测量获取一些数据，飞机设计过程中，首先做进行风洞试验的模型，然后再数字化，这些都是反求。
反求方法有两种方法，一是大型飞机三维数字化快速扫描系统，二是层切式反求三维重构再设计。
对于反求一些大的物体，比如飞机，目前快速制造国家工程研究中心发展了一个基于全球定位系统的测量系统。它对飞机的各个部分都可以展开反求测量，对于平坦开阔的部分，数据采样可以稀疏一些，对于一些空气动力学布局比较关键的部分，数据采样较为细致，需要用高精度的传感器进行测量，之后对数据进行拼接和缝合。拼接和缝合建立在一个全局的坐标系下，局部的坐标系需要进行转换。大物体的定标是件很困难的事情，所以它同时还具有现场的定标功能，可以用一些具体的东西定标，也可以通过多次测量取平均值来进行定标，以排除环境的干扰或飘移。这个项目是2008年国家863支持的一个项目，目前原理性的实验已经成功。
上述反求方法是获取物体表面数据的一种方法。还有一些内轮廓的数据需要获取，比如汽车发动机的内轮廓，燃烧的流道，这些数据非常重要。CAE分析的很好，但是同样的软件，不见得我们就能开发出自己的发动机。因为国外的软件我们可以买到，但国外的数据库我们买不到。美国做发动机200多年了，有很多领域的知识，很多试验的数据，它建立了相应的知识库和数据库，这些，它是不卖给我们的，它只卖给我们软件。而利用软件进行分析时，一些边界条件的假设，比如对飞机进行空气动力学布局设计时，边界层的气固耦合情况，目前在理论上和算法上都不太完善，所以需要进行一些物理的模拟对照，来修正边界条件的假设。
由此，我们提出了一种层切式反求，重构设计的方法。这种方法是，在一台数控铣床上，把零件一层层铣掉，通过照相获取每层数据，然后通过二值分离，把内外轮廓的数据都算出来，再把每个点云数据集成在一起进行三维重构，这就得到了物体的三维CAD模型。利用这个模型，我们进行仿真分析，如果仿真分析的结果与物体的实际性能不一致，说明边界条件的假设有问题，则进行修改。
SL（光固化立体造型）风洞模型
预先研究是飞机发展的基础，它经费投入多，时间周期长，需要大概10年的时间，占飞机整个研制时间周期的55%。飞机的气动布局设计是飞机设计过程中一个非常重要的环节，它直接影响着飞机的性能。目前CFD的方法还不能完全满足工程精度的要求，必须通过风洞试验来进一步解决这个问题。截止到目前，还没有任何一架飞机经过CAE分析后，不经过风洞试验，就进行投产的例子。所以风洞试验是非常重要和必要的。像波音747，它通过风洞试验，研究飞机飞行过程中气流分离的情况。
传统的风洞试验模型是数控加工模型，不仅制作需要花费大量的时间，而且还要包埋模型上的传感器。传感器用来测量气体流动的速度和温度，它的存在破坏了测量的原始条件，所以需要将其包埋起来，还要在模型上穿孔将导线隐藏起来。这些对原来加工好的数控模型来说，难度是非常大的。但是光固化快速原型技术解决了这个难题，利用这项技术制作的风洞试验模型完全不干扰空气动力学特性。国外也在利用这项技术，吹风马赫数大于1。快速制造国家工程研究中心配合国内的飞机设计单位，利用自己的技术制作的风洞试验模型，减少了原型的制作时间，降低了成本，风洞的吹风马赫数达到1.2，且仍有望更高。
快速原型技术是材料累加法的技术，是快速制造国家工程研究中心开发的一项新技术，不仅在航空航天等国防领域获得了广泛应用，还广泛用于支撑一些民品开发以及汽车工业、家电工业的产品开发。
它是跟客户交流的一个很好的手段，每一架飞机，每一个成熟的型号的设计，都要跟客户进行交流，比如座舱的设计、型架的设计都要符合客户的需求，所以快速原型技术提供了一个很好的交流平台。
国外一直在应用这项技术作装配的验证设计，包括飞机弹射座椅的验证设计，火箭动力原型的验证设计，Cessna航空器起落架支柱的无障碍检测等，还包括直升机装配的验证，汽车发动机以及变速箱等复杂课题的验证。
保时捷利用快速原型技术制作了中部和后部变速箱壳，安装了轴承、轴、齿轮、联接机构和油泵等零件。
Jordan Grand Prix用40%大小的复制品作为风洞试验的模型，以提高空气动力学性能。NASA约翰逊空间中心应用这项技术对T-38双座喷气机的进气口进行了分析，并验证实际使用状态下的性能，通过安装进气口，静态进气增加了20%，这些相对传统工艺而言，节约了$4500000，加快了研发速度。
光弹实验分析验证
光弹试验是一种光学的应力测量方法，因为测量是全域性的，所以具有直观性强，能有效而准确地确定受力模型各点的主应力差和主应力方向，并能计算出各点的主应力数值。工程实际中有很多构件，它们的形状很不规则，载荷情况也很复杂，对这些构件的应力进行理论分析有时非常困难，往往需要实验的方法来解决，光弹试验就是其中之一。
用原型进行分析的好处是可以完全忠实于设计师的设计。我们知道，用CAE进行分析时，如果模型上面开个小孔，一个方孔或者不规则的孔，都会对CAE分析带来很多困难，不仅大大增加了运算工作量，计算时处理不当还会造成发散。如果是没有经验的人进行CAE分析，可能会得出与实际结果完全不同的结论。这时，光弹试验就可以作为一个辅助的手段。首先按原设计做出样机或者整机，然后在需要加载荷的地方进行加载，之后用激光干涉的办法，把整个应力的分布照出来。这样，将作用在原型上的应力可视化，以识别设计缺陷，进而验证CAE分析的正确性。
精密铸造的CAE分析与精度补偿
快速原型技术还可以应用于精密铸造，包括沙型铸造、失蜡铸造、大型复杂整体结构件的熔模铸造、消失法铸造等。
其中，SL原型+消失法铸造技术在飞机研制中取得了非常广泛的应用，设计质量和研制效率得到了很大程度上的提高。美国某型号飞机的起落架就应用了此项技术。
SL原型+消失法铸造还应用于飞机发动机叶片的制造。发动机叶片被称为制造技术王冠上的明珠，王冠是发动机，而叶片因为内外结构复杂，要求非常精密，被形容为王冠上的明珠。小小的叶片，也反映飞机制造的水平。现在对飞机的叶片提出了这样的要求：高温端的叶片用耐高温合金做成，且合金生长的晶体是径向晶，甚至是单晶。这样，叶片在高温下的强度就能得到很好的提高。由此提出了控形控性制造的概念，在控形制造中，采用快速原型+精密铸造的方法，这样很容易将叶片的内外轮廓制造成型，在控性制造中，需要模拟晶粒的生长演化，以凝固学作为理论支撑。
复合材料结构制造中的CAE分析
复合材料在制造业的应用越来越广泛,像波音7E7,空客380等机型的结构件复合材料的用量占到了40%-50%，由此也产生了新的问题，复合材料的强度刚度计算与以前我们所熟悉的金属材料不一样，不仅如此，制造过程也很复杂，是由多轴的数控系统制造出来的。因此要进行铺设——在芯模上面加树脂进行缠绕，之后再铸化，形成复合材料制造的零件。芯模本身也要经过非常精密的制造，否则缠绕出来的外形就不是我们原来设计所需要的外形了。同时，纤维铺放的角度也影响复合材料的强度和其它的一些性能，由此存在一个如何铺设的问题，这就要求在制造过程中进行优化计算，不像用铝钢等金属材料，用模具直接成型即可。现在，制造过程中就要进行CAE的优化。一些特殊结合的地方，比如十字梁，它的刚度强度如何进行计算，这都是复合材料面临的问题。（本刊记者鲁媛媛根据录音整理）
