《UG有限元分析教程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《UG有限元分析教程（15页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章高级仿真入门在本章中，将学习：高级仿真的功能。由高级仿真使用的文件。使用高级仿真的基本工作流程。创建FEM和仿真文件。用在仿真导航器中的文件。在高级仿真中有限元分析工作的流程。1.1综述UG NX4高级仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品，旨在满足设计工程师与分析师的需要。高级仿真包括一整套前处理和后处理工具，并支持广泛的产品性能评估解法。图1-1所示为一连杆分析实例。图1-1连杆分析实例高级仿真提供对许多业界标准解算器的无缝、透明支持，这样的解算器包括NXNastran、MSC Nastran、ANSYS和ABAQUS。例如，如果结构仿真中创建网格或解法，则指定将要用于解算模
2、型的解算器和要执行的分析类型。本软件使用该解算器的术语或“语言”及分析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。另外，还可以求解模型并直接在高级仿真中查看结果，不必首先导出解算器文件或导入结果。高级仿真提供基本设计仿真中需要的所有功能，并支持高级分析流程的众多其他功能。高级仿真的数据结构很有特色，例如具有独立的仿真文件和FEM文件，这有利于在分布式工作环境中开发有限元（FE）模型。这些数据结构还允许分析师轻松地共享FE数据去执行多种类型分析。UG NX4高级仿真培训教程2高级仿真提供世界级的网格划分功能。本软件旨在使用经济的单元计数来产生高质量网格。结构仿真支持完整的单元类型（1D、2D和3
3、D）。另外，结构级仿真使分析师能够控制特定网格公差。例如，这些公差控制着软件如何对复杂几何体（例如圆角）划分网格。高级仿真包括许多几何体简化工具，使分析师能够根据其分析需要来量身定制CAD几何体。例如，分析师可以使用这些工具提高其网格的整体质量，方法是消除有问题的几何体（例如微小的边）。高级仿真中专门包含有新的NX传热解算器和NX流体解算器。NX传热解算器是一种完全集成的有限差分解算器。它允许热工程师预测承受热载荷系统中的热流和温度。NX流体解算器是一种计算流体动力学（CFD）解算器。它允许分析师执行稳态、不可压缩的流分析，并对系统中的流体运动预测流率和压力梯度，也可以使用NX传热和NX流体一
4、起执行耦合传热/流体分析。1.2仿真文件结构当向前通过高级仿真工作流时，将利用4个分离并关联的文件去存储信息。要在高级仿真中高效地工作，需要了解哪些数据存储在哪个文件中，以及在创建那些数据时哪个文件必须是激活的工作部件。这4个文件平行于仿真过程，如图1-2所示。图1-2仿真文件结构正被分析的原设计部件一个有.prt扩展名的部件文件。例如，一个可以被命名为plate.prt的部件。部件文件含有主模型部件或一装配，及一个未修改的部件几何体。如果用一个由其他人设计的模型启动，可能没有修改它的权艰。在分析过程时期，通常主模型部件文件是不被修改的。设计部件文件的理想化复制当一个理想化部件文件被建立时，默
5、认有一.prt扩展名，fem#_i是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个理想化部件被命名为plate_fem1_i.prt。一个理想化部件是原设计部件的一个相关复制，可以修改它。理想化工具让用户利用理想化部件对主模型的设计特征做改变。不修改主模型部件，第1章高级仿真入门3而按需要在理想化部件上执行几何体理想化。例如，可以移去和抑制特征，如在分析中被忽略的小的几何细节。对同一原设计部件文件的不同类型分析可以使用多个理想化文件。有限元模型（FEM）文件当建立一FEM文件时默认有一个.fem扩展名，_fem#是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个FEM文件
6、被命名为plate_fem1.fem。一个有限元模型文件含有网格（节点与单元）、物理特性和材料。一旦建立了网格，可以利用简化工具移去可以影响网格总质量设计中的人为对象，如细长条面、小边缘和峡部条件。简化工具允许相应一特定有限元分析在充分捕捉设计意图的细节级上网格化几何体。几何体提取发生在存储于FEM中的多边形几何体上，而不是在理想化的或主模型的部件中。多个FEM文件可以引用同一理想化部件，可以对不同类型构建不同的FEM文件。仿真文件当建立一仿真文件时，默认一个仿真文件有一.sim扩展名，_sim#是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个仿真文件被命名为plate_sim1.
7、sim。仿真文件含有所有仿真数据，如解答、解算设置、载荷、约束、单元相关的数据、物理特性和压制，可以对文件建立许多关联到同一FEM的仿真文件。当执行多个分析类型时，4个分离的文件提供灵活性。如果允许更新，4个文件是关连的。1.3高级仿真工作流程在开始一个分析前，应该对试图求解的问题有一彻底了解。应该知道将利用哪个求解器，正在执行什么类型的分析和需要什么类型的解决方案。下列简要摘录了在结构仿真中通用的工作流程。（1）在NX中，打开一部件文件。（2）启动高级仿真应用。为FEM和仿真文件规定默认求解器（设置环境，或语言）。注意：也可以选择先建立FEM文件，然后再建立仿真文件。（3）建立一解决方案。选
8、择求解器（如NX Nastran）、分析类型（如Structural）和解决方案类型（如Linear Statics）。（4）如果需要，理想化部件几何体。一旦使理想化部件激活，可以移去不需要的细节，如孔或圆角，分隔几何体准备实体网格划分或建立中面。（5）使FEM文件激活，网格划分几何体。首先利用系统默认自动地网格化几何体。在许多情况下系统默认提供一好的高质量的网格，可无须修改使用。UG NX4高级仿真培训教程4（6）检查网格质量。如果需要，可以用进一步理想化部件几何体细化网格，此外在FEM中可以利用简化工具，消除当网格划分模型时由CAD几何体可能引起的不希望结果的问题。（7）应用一材料到网格。
9、（8）当对网格满意时，使仿真文件激活、作用载荷与约束到模型。（9）求解模型。（10）在后处理中考察结果。1.4仿真导航器仿真导航器（Simulation Navigator）提供在一树状结构中，一个观察和操纵一CAE分析的不同文件和组元的图形方法。每一个文件和组元被显示为在树中的一分离节点，如图1-3所示。在仿真导航器中提供了直接存取直通快捷菜单。可以在仿真导航器中直接执行大多数操作，代替使用图标或命令。例如，建立一新的求解定义，可以把载荷和约束从一容器拖到仿真导航器的另一个中。图1-3仿真导航器第1章高级仿真入门51.4.1真导节在 仿 航 器 中 的 点仿真导航器的顶部面板列出显示文件的内
10、容。如图1-4所示为在一个顶级仿真文件内的容器例子。选中复选框可以控制项目的显示。图1-4仿真导航器中的各种节点表1-1所示的是仿真导航器中各种节点的高级综述。表1-1仿真导航器节点描述图标节点名节点描述仿真含有所有仿真数据，如专门求解器、解决方案、解决方案设置、仿真对象、载荷、约束和压制。可以有多个仿真文件与一单个FEM文件关联FEM含有所有网格数据、物理特性、材料数据和多边形几何体。FEM文件总是相关到理想化。可以关联多个FEM文件到一单个理想化部件理想化部件含有理想化部件，当建立一FEM时由软件自动建立主模型部件当主模型部件是工作部件时，在主模型部件节点上右击建立一新的FEM或显示已有的
11、理想化部件多边形几何体含有多边形几何体（多边形体、表面和边缘）。一旦网格化有限元模型，任何进一步几何体提取发生在多边形几何体上，而不是在理想化或主模型部件上UG NX4高级仿真培训教程6续表图标节点名节点描述0D网格含有所有零维（0D）网格1D网格含有所有一维（1D）网格2D网格含有所有二维（2D）网格3D网格含有所有三维（3D）网格仿真对象容器含有解算器和解决方案专有的对象，如自动调温器、表格或流动表面载荷容器含有指定到当前仿真文件的载荷。在一解决方案容器内，载荷容器（Load Container）含有指定到给件子工况的载荷约束容器含有指定到当前仿真文件的约束。在一解决方案容器内，约束容器（
12、Constraint Container）含有指定到解决方案的约束解决方案含有解决方案对象、载荷、约束和对解决方案的子工况子工况步含有一解决方案内每一个子工况解决方案的实体，如载荷、约束和仿真对象结果含有从一求解得来的任一结果。在后置处理器中，可以打开结果节点，并利用在仿真导航器内的可见复选框去控制各种结果组的显示1.4.2真视图仿 文 件仿真文件视图是一个特殊浏览器窗口，存在于仿真导航器中。该窗口：显示所有已加载的部件，以及这些部件到主模型部件层次关系中的所有FEM和仿真文件。允许轻松更改显示的部件，方法是双击要显示的部件。如果某一实体正在显示，图标则显示为彩色，且名称会高亮显示。如果某一实
13、体不在显示，图标则变灰。允许在任何设计或理想化部件上创建新的FEM和仿真文件，而不必首先显示部件。仿真文件视图如图1-5所示。第1章高级仿真入门7图1-5仿真文件视图1.5练习在本练习中利用一三维实体网格，分析一个连接杆部件，了解高级仿真工作流程，并学习：打开部件及建立FEM和仿真文件。在网格化前理想化几何体。网格化部件。为网格定义一材料。作用载荷和约束到部件。求解模型。观察分析结果。第1步打开部件，启动高级仿真在NX中，打开rod.prt部件，如图1-6所示。启动Advanced Simulation应用。选择StartAll ApplicationsAdvanced Simulation。
14、在资源条上，单击Simulation Navigator图标。单击销（pin）图标保持仿真导航器打开。在仿真导航器中，右击rod.prt并选择New FEM and Simulation。如图1-7所示，New FEM and Simulation对话框列出3个已自动建立的新文件。DefaultUG NX4高级仿真培训教程8Language下NX NASTRAN为求解器，Analysis Type选择Structural。图1-6 rod.prt图1-7 New FEM and Simulation对话框单击New FEM and Simulation对话框中的OK按钮。出现Create So
15、lution对话框，如图1-8所示，默认Solver是NX NASTRAN。单击Create Solution对话框中的OK按钮。Simulation Navigator显示Simulation和FEM文件，如图1-9所示。图1-8 Create Solution对话框图1-9仿真导航器第2步理想化几何体对此练习，某些设计特征可以从部件移去，因为它们对分析是不重要的。在Simulation Navigator中，如果Simulation File View是被折叠，单击Simulation File第1章高级仿真入门9View条打开它。双击rod_fem1_i。提示：也可以选择文件名，右击并选
16、择Make Displayed Part。理想化的部件现在在仿真导航器中被激活。在Advanced Simulation工具栏中，单击Idealize Geometry图标。随Idealize对话框打开，选择部件。选中Holes复选框。注意：设置直径到10，两个螺栓孔被亮显，因为每一个直径小于或等于10 mm。单击OK按钮。孔从理想化部件被移去，如图1-10所示。图1-10理想化部件单击Save图标，存储激活的文件。第3步划分部件网格为了划分部件网格，首先需要使FEM文件激活。在Simulation File View中，双击rod_fem1。FEM文件被激活并列在仿真导航器的顶部。在Advanced Simulation工具栏上，单击3DTetrahedral Mesh图标。提示：也可以从仿真导航器中右击rod_fem1并选择New Mesh3D Tetrahedral，建立网格。随3D Mesh对话框打开，选择实体。
