设计CAE（计算机辅助工程）软件是一个复杂的过程，涉及多个模块和步骤。以下是一个详细的设计流程：
1. 模块划分
根据功能，CAE软件可以分为以下几个主要模块：
输入输出（Input/Output或I/O）
几何
有限元模型（Finite Element Model）
后处理器（Post-processor）
求解器（Solver）
图形（Graphics）
公共模块（Common Modules）
高性能计算（HPC）
参数优化设计（Parameter Optimization Design）
2. 详细设计
2.1 输入输出模块（Input/Output）
文件读入与写出：支持多种文件类型，包括软件自定义的工程文件、标准的CAD文件（如DWG、Step、IGS、SAT、X_T、STL、Model等）、标准有限元模型文件（如bdf、cdb、inp、k、NEU、ModelFlow、I- deas、Ansa、Mar、Admin等）以及特定行业的CAD文件（如制衣CAD格式、PCB板CAD格式等）。对于某些特定格式的文件，可能需要使用CAD内核重新建立模型。
外部接口：CAE软件可以供其他软件调用，或作为其中一个模块，也能够实现参数化命令行调用。
2.2 前处理（Pre-processing）
几何模型准备：将设计图纸或概念转换为计算机可分析的几何模型，可能需要进行模型简化。
网格划分：将几何模型划分为网格或单元，这些网格可以是线性的、非线性的，一维的、二维的或三维的。网格质量对分析结果有重要影响，因此需要仔细进行网格划分。
定义材料属性和边界条件：为模型指定材料属性（如弹性模量、泊松比、密度等），并定义边界条件（如位移约束、力、压力等），以模拟实际工作条件。
2.3 求解（或分析）（Solving/Analysis）
求解方法：使用求解器对模型进行计算分析，常见方法包括有限元分析（FEA）的直接解法和迭代解法等。求解器的性能决定了CAE软件的技术水平。
2.4 后处理（Post-processing）
结果可视化：对求解结果进行可视化，以便更直观地理解分析结果。
数据分析：对分析结果进行详细的数据分析，提取有用的工程信息。
3. 关键技术和工具
CAD集成：与CAD软件（如AutoCAD、SolidWorks、Siemens NX等）的集成，以便于导入和导出模型。
求解器：高性能的求解器，如ANSYS、SolidWorks Simulation、Altair HyperWorks等，用于执行有限元分析。
后处理工具：用于数据可视化和结果分析的专用工具，如ANSYS Postproc、Matplotlib、Tableau等。
优化工具：用于结构优化设计的工具，如ANSYS Design Optimization、SolidWorks Optimization等。
4. 应用领域
CAE软件广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子、材料科学等领域，用于分析计算各种工程产品的结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性力学性能以及结构性能优化设计等问题。
5. 发展趋势
云计算和AI集成：利用云计算资源和人工智能技术，提高计算效率和数据分析能力。
用户界面和体验：不断改进用户界面和交互设计，使软件更易于使用。
多学科仿真：集成多物理场仿真技术，如流体动力学、电磁学等，以提供更全面的工程分析。
通过以上步骤和模块的设计，可以构建一个功能强大且用户友好的CAE软件，满足工程领域对复杂结构分析和优化的需求。