UG有限元分析教程.pdf

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 NX Nastran 、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 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 3D ） 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 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.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 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 （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 5 1.4.1 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 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（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。