CAE（计算机辅助工程）软件的设计涉及多个关键模块和流程，需结合工程实践与软件工程方法。以下是设计CAE软件的核心步骤与要点：

一、系统架构设计

模块划分

根据功能将系统分为输入输出、几何建模、有限元模型、求解器、后处理、图形显示、公共模块、高性能计算（HPC）及参数优化设计等核心模块。

模块职责

- 输入输出模块：

处理文件读写（如CAD文件、工程文件）和外部接口调用。

- 几何模块：负责几何模型创建、简化及网格划分。

- 有限元模型模块：定义材料属性、边界条件及求解参数。

- 求解器模块：集成数值算法（如有限元分析、多物理场耦合）。

- 后处理模块：实现结果可视化（云图、动画）及数据分析。

- 图形模块：提供2D/3D可视化工具。

- HPC与优化模块：支持并行计算及设计优化（如形状/拓扑优化）。

二、关键功能实现

前处理

- 几何建模：

支持CAD导入、模型简化及布尔运算。

- 网格划分：自动生成线/三角/四面体网格，并支持局部加密和阶次调整。

- 物理属性与边界条件设置：定义材料参数（弹性模量、泊松比等）及位移、力等约束。

求解器

- 采用有限元分析（FEA）的直接/迭代算法，支持多物理场耦合（如热-流-结构）。

- 优化求解性能，如并行计算、内存管理。

后处理

- 提供云图、切面、粒子流迹等可视化方式。

- 支持结果提取与统计分析。

三、用户界面与体验

图形用户界面（GUI）：

集成CAD工具与分析模块，支持参数化设计。

交互设计：提供拖拽式操作、实时反馈机制，降低用户学习成本。

多平台适配：支持Windows、Linux及云计算环境部署。

四、性能优化与扩展性

算法优化：采用并行计算、GPU加速提升求解效率。

模块化设计：通过插件机制支持第三方工具集成（如CAD、HPC平台）。

可扩展架构：支持分布式计算资源管理，适应大规模工程问题。

五、验证与测试

理论验证：通过算例对比（如ANSYS Workbench）确保准确性。

工业验证：与实际工程系统联合测试，验证工程适用性。

六、典型应用场景

船舶设计：集成CFD与结构分析，优化船体形状与材料。

航空航天：支持高温、高压环境下的多物理场耦合仿真。

汽车制造：用于碰撞模拟、轻量化设计。

通过以上步骤，CAE软件可实现从概念设计到工程优化的全流程支持，需不断迭代优化以满足复杂工程需求。