高級仿真的功能。 由高級仿真使用的文件。 高級仿真入門 使用高級仿真的基本工作流程。 創建 FEM 和仿真文件。 用在仿真導航器中的文件。 在高級仿真中有限元分析工作的流程。 1.1 綜 述 UG NX4 高級仿真是壹個綜合性的有限元建模和結果可視化的產品，旨在滿足設計工 程師與分析師的需要。高級仿真包括壹整套前處理和後處理工具，並支持廣泛的產品性能 評估解法。圖 1-1 所示為壹連桿分析實例。 圖 1-1 連桿分析實例 高級仿真提供對許多業界標準解算器的無縫 、透明支持，這樣的解算器包括 NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS 和 ABAQUS。例如，如果結構仿真中創建網格或解法，則 指定將要用於解算模型的解算器和要執行的分析類型。本軟件使用該解算器的術語或“語 言”及分析類型來展示所有網格劃分、邊界條件和解法選項。另外，還可以求解模型並直 接在高級仿真中查看結果，不必首先導出解算器文件或導入結果。 高級仿真提供基本設計仿真中需要的所有功能， 並支持高級分析流程的眾多其他功能。 高級仿真的數據結構很有特色，例如具有獨立的仿真文件和 FEM 文件，這有利 於在分布式工作環境中開發有限元（FE）模型。這些數據結構還允許分析師輕松 地***享 FE 數據去執行多種類型分析。 2 UG NX4 高級仿真培訓教程 高級仿真提供世界級的網格劃分功能。本軟件旨在使用經濟的單元計數來產生高 質量網格。結構仿真支持完整的單元類型（1D、2D 和 3D）。另外，結構級仿真 使分析師能夠控制特定網格公差。例如，這些公差控制著軟件如何對復雜幾何體 （例如圓角）劃分網格。 高級仿真包括許多幾何體簡化工具，使分析師能夠根據其分析需要來量身定制 CAD 幾何體。例如，分析師可以使用這些工具提高其網格的整體質量，方法是消 除有問題的幾何體（例如微小的邊）。 高級仿真中專門包含有新的 NX 傳熱解算器和 NX 流體解算器。 NX 傳熱解算器是壹種完全集成的有限差分解算器。它允許熱工程師預測承受 熱載荷系統中的熱流和溫度。 NX 流體解算器是壹種計算流體動力學（CFD）解算器。它允許分析師執行穩 態、不可壓縮的流分析，並對系統中的流體運動預測流率和壓力梯度，也可 以使用 NX 傳熱和 NX 流體壹起執行耦合傳熱/流體分析。 1.2 仿真文件結構 當向前通過高級仿真工作流時，將利用 4 個分離並關聯的文件去存儲信息。要在高級 仿真中高效地工作，需要了解哪些數據存儲在哪個文件中，以及在創建那些數據時哪個文 件必須是激活的工作部件。這 4 個文件平行於仿真過程，如圖 1-2 所示。 圖 1-2 仿真文件結構 正被分析的原設計部件 壹個有.prt 擴展名的部件文件。例如，壹個可以被命名為 plate.prt 的部件。 部件文件含有主模型部件或壹裝配，及壹個未修改的部件幾何體。 如果用壹個由其他人設計的模型啟動，可能沒有修改它的權艱。在分析過程時期，通 常主模型部件文件是不被修改的。 設計部件文件的理想化復制 當壹個理想化部件文件被建立時，默認有壹.prt 擴展名，fem#_i 是對部件名的附加。 例如，如果原部件是 plate.prt，壹個理想化部件被命名為 plate_fem1_i.prt。 壹個理想化部件是原設計部件的壹個相關復制，可以修改它。 理想化工具讓用戶利用理想化部件對主模型的設計特征做改變。不修改主模型部件， 第1章 高級仿真入門 3 而按需要在理想化部件上執行幾何體理想化。例如，可以移去和抑制特征，如在分析中被 忽略的小的幾何細節。 對同壹原設計部件文件的不同類型分析可以使用多個理想化文件。 有限元模型（FEM）文件 當建立壹 FEM 文件時默認有壹個.fem 擴展名，_fem#是對部件名的附加。例如，如果 原部件是 plate.prt，壹個 FEM 文件被命名為 plate_fem1.fem。 壹個有限元模型文件含有網格（節點與單元）、物理特性和材料。 壹旦建立了網格，可以利用簡化工具移去可以影響網格總質量設計中的人為對象，如 細長條面、小邊緣和峽部條件。簡化工具允許相應壹特定有限元分析在充分捕捉設計意圖 的細節級上網格化幾何體。 幾何體提取發生在存儲於 FEM 中的多邊形幾何體上， 而不是在理想化的或主模型的部 件中。 多個 FEM 文件可以引用同壹理想化部件，可以對不同類型構建不同的 FEM 文件。 仿真文件 當建立壹仿真文件時，默認壹個仿真文件有壹.sim 擴展名，_sim#是對部件名的附加。 例如，如果原部件是 plate.prt，壹個仿真文件被命名為 plate_sim1.sim。 仿真文件含有所有仿真數據，如解答、解算設置、載荷、約束、單元相關的數據、物 理特性和壓制，可以對文件建立許多關聯到同壹 FEM 的仿真文件。 當執行多個分析類型時，4 個分離的文件提供靈活性。如果允許更新，4 個文件是關 連的。 1.3 高級仿真工作流程 在開始壹個分析前，應該對試圖求解的問題有壹徹底了解。應該知道將利用哪個求解 器，正在執行什麽類型的分析和需要什麽類型的解決方案。下列簡要摘錄了在結構仿真中 通用的工作流程。 （1）在 NX 中，打開壹部件文件。 （2）啟動高級仿真應用。為 FEM 和仿真文件規定默認求解器（設置環境，或語言）。 註意：也可以選擇先建立 FEM 文件，然後再建立仿真文件。（3）建立壹解決方案。選擇求解器（如 NX Nastran）、分析類型（如 Structural）和 解決方案類型（如 Linear Statics）。 （4） 如果需要， 理想化部件幾何體。 壹旦使理想化部件激活，可以移去不需要的細節， 如孔或圓角，分隔幾何體準備實體網格劃分或建立中面。 （5）使 FEM 文件激活，網格劃分幾何體。首先利用系統默認自動地網格化幾何體。 在許多情況下系統默認提供壹好的高質量的網格，可無須修改使用。 4 UG NX4 高級仿真培訓教程 （6）檢查網格質量。如果需要，可以用進壹步理想化部件幾何體細化網格，此外在 FEM 中可以利用簡化工具，消除當網格劃分模型時由 CAD 幾何體可能引起的不希望結果 的問題。 （7）應用壹材料到網格。 （8）當對網格滿意時，使仿真文件激活、作用載荷與約束到模型。 （9）求解模型。 （10）在後處理中考察結果。 1.4 仿真導航器 仿真導航器（Simulation Navigator）提供在壹樹狀結構中，壹個觀察和操縱壹 CAE 分 析的不同文件和組元的圖形方法。每壹個文件和組元被顯示為在樹中的壹分離節點，如 圖 1-3 所示。 在仿真導航器中提供了直接存取直通快捷菜單。可以在仿真導航器中直接執行大多數 操作，代替使用圖標或命令。例如，建立壹新的求解定義，可以把載荷和約束從壹容器拖 到仿真導航器的另壹個中。 圖 1-3 仿真導航器 第1章 高級仿真入門 5 1.4.1 在 仿 真 導 航 器 中 的 節 點仿真導航器的頂部面板列出顯示文件的內容。如圖 1-4 所示為在壹個頂級仿真文件內 的容器例子。選中復選框可以控制項目的顯示。 圖 1-4 仿真導航器中的各種節點 表 1-1 所示的是仿真導航器中各種節點的高級綜述。表 1-1 仿真導航器節點描述 圖 標 節 點 名 節 點 描 述 含有所有仿真數據，如專門求解器、解決方案、 解決方案設置、 仿真 仿真對象、 載荷、 約束和壓制。 可以有多個仿真文件與壹單個 FEM 文件關聯 含有所有網格數據、物理特性、材料數據和多邊形幾何體。FEM FEM 文件總是相關到理想化。 可以關聯多個 FEM 文件到壹單個理想化 部件 理想化部件 主模型部件 含有理想化部件，當建立壹 FEM 時由軟件自動建立 當主模型部件是工作部件時，在主模型部件節點上右擊建立壹新 的 FEM 或顯示已有的理想化部件 含有多邊形幾何體（ 多邊形體、表面和邊緣）。壹旦網格化有限 多邊形幾何體 元模型，任何進壹步幾何體提取發生在多邊形幾何體上，而不是 在理想化或主模型部件上 6 UG NX4 高級仿真培訓教程 續表 圖 標 節 點 名 含有所有零維（0D）網格 含有所有壹維（1D）網格 含有所有二維（2D）網格 含有所有三維（3D）網格 含有解算器和解決方案專有的對象，如自動調溫器、表格或流動 表面 含有指定到當前仿真文件的載荷。在壹解決方案容器內，載荷容 器（Load Container）含有指定到給件子工況的載荷 含有指定到當前仿真文件的約束。在壹解決方案容器內， 約束容 器（Constraint Container）含有指定到解決方案的約束 含有解決方案對象、載荷、約束和對解決方案的子工況 含有壹解決方案內每壹個子工況解決方案的 實體，如載荷、約束 和仿真對象 含有從壹求解得來的任壹結果。在後置處理器中， 可以打開結果 結果 節點，並利用在仿真導航器內的可見復選框去控制各種結果組的 顯示 節 點 描 述 0D 網格 1D 網格 2D 網格 3D 網格 仿真對象容器 載荷容器 約束容器 解決方案 子工況步 1.4.2 仿 真 文 件 視 圖仿真文件視圖是壹個特殊瀏覽器窗口，存在於仿真導航器中。該窗口： 顯示所有已加載的部件， 以及這些部件到主模型部件層次關系中的所有 FEM 和仿 真文件。 允許輕松更改顯示的部件，方法是雙擊要顯示的部件。 如果某壹實體正在顯示，圖標則顯示為彩色，且名稱會高亮顯示。 如果某壹實體不在顯示，圖標則變灰。 允許在任何設計或理想化部件上創建新的 FEM 和仿真文件，而不必首先顯示 部件。 仿真文件視圖如圖 1-5 所示。 第1章 高級仿真入門 7 圖 1-5 仿真文件視圖 1.5 練 習 在本練習中利用壹三維實體網格，分析壹個連接桿部件，了解高級仿真工作流程，並 學習： 打開部件及建立 FEM 和仿真文件。 在網格化前理想化幾何體。 網格化部件。 為網格定義壹材料。 作用載荷和約束到部件。 求解模型。 觀察分析結果。 第 1 步 打開部件，啟動高級仿真 在 NX 中，打開 rod.prt 部件，如圖 1-6 所示。 啟動 Advanced Simulation 應用。 選擇 Start→All Applications→Advanced Simulation。 在資源條上，單擊 Simulation Navigator 圖標 。 單擊銷（pin）圖標 保持仿真導航器打開。 在仿真導航器中，右擊 rod.prt 並選擇 New FEM and Simulation。 如圖 1-7 所示， New FEM and Simulation 對話框列出 3 個已自動建立的新文件。 Default 8 UG NX4 高級仿真培訓教程 Language 下 NX NASTRAN 為求解器，Analysis Type 選擇 Structural。 圖 1-6 rod.prt 圖 1-7 New FEM and Simulation 對話框 單擊 New FEM and Simulation 對話框中的 OK 按鈕。 出現 Create Solution 對話框，如圖 1-8 所示，默認 Solver 是 NX NASTRAN。 單擊 Create Solution 對話框中的 OK 按鈕。 Simulation Navigator 顯示 Simulation 和 FEM 文件，如圖 1-9 所示。 圖 1-8 Create Solution 對話框 圖 1-9 仿真導航器 第 2 步 理想化幾何體 對此練習，某些設計特征可以從部件移去，因為它們對分析是不重要的。 在 Simulation Navigator 中， 如果Simulation File View 是被折疊， 單擊 Simulation File 第1章 高級仿真入門 9 View 條打開它。 雙擊 rod_fem1_i。 提示：也可以選擇文件名，右擊並選擇 Make Displayed Part。理想化的部件現在在仿真導航器中被激活。 在 Advanced Simulation 工具欄中，單擊 Idealize Geometry 圖標 隨 Idealize 對話框打開，選擇部件。 選中 Holes 復選框。 。 註意：設置直徑到 10，兩個螺栓孔被亮顯，因為每壹個直徑小於或等於 10 mm。 單擊 OK 按鈕。 孔從理想化部件被移去，如圖 1-10 所示。 圖 1-10 理想化部件 單擊 Save 圖標 ，存儲激活的文件。 第 3 步 劃分部件網格 為了劃分部件網格，首先需要使 FEM 文件激活。 在 Simulation File View 中，雙擊 rod_fem1。 FEM 文件被激活並列在仿真導航器的頂部 。 在 Advanced Simulation 工具欄上，單擊 3DTetrahedral Mesh 圖標 網格。 隨 3D Mesh 對話框打開，選擇實體。 從 Type 列表選擇 CTETRA（10）單元。 。 提示：也可以從仿真導航器中右擊 rod_fem1 並選擇 New Mesh→3D Tetrahedral，建立 註意：CTETRA（10）和 CTETRA（4）是 NASTRAN 單元類型。 在 Overall Element Size 框中加入 4.0。 單擊 OK 按鈕建立網格，如圖 1-11 所示。 如圖 1-12 所示，3D 網格被列在 Simulation Navigator 中。 10 UG NX4 高級仿真培訓教程 圖 1-11 網格化部件 圖 1-12 網格節點 單擊 Save 圖標 ，存儲 FEM 文件。 。 第 4 步 為網格定義壹材料 在 Advanced Simulation 工具欄上，單擊 Material Properties 圖標 提示：也可以選擇 Tools→ Material Properties。 在 Materials 對話框中，單擊 Library 圖標 。 在 Search Criteria 對話框中，單擊 OK 按鈕。 在 Search Result 對話框中，選擇名為 Steel 的材料，然後單擊 OK 按鈕。 材料特性被加載到 Materials 對話框中。作用材料到網格。 使在 Materials 對話框中的 STEEL 被亮顯。 在 Simulation Navigator 中，單擊（選擇）3d_mesh（1）選擇網格。 在對話框中，單擊 OK 按鈕。 庫材料被連接到網格。利用 Simulation Navigator，檢查材料是否已被作用到網格。 在 Simulation Navigator 對話框中，右擊 3d_mesh（1）和選擇 Edit Attributes。 在 Element Attributes 對話框中，檢查 STEEL 被列出為作用到網格的材料。 單擊 Cancel 按鈕。 存儲文件。 第 5 步 作用壹軸承載荷 在 Simulation File View 窗口中，雙擊 rod_sim1。在仿真導航器中使 Simulation 文 件激活。 關斷網格顯示，因而方便曲面選擇。 在 Simulation Navigator 中不選中 3d_mesh（1）復選框，如圖 1-13 所示。 在 Advanced Simulation 工具欄上，單擊 Load Type 圖標 Bearing 圖標 。 中的箭頭，然後單擊 第1章 高級仿真入門 11 圖 1-13 關斷 3D 網格顯示 註意：也可以利用 Simulation Navigator，在激活的解決方案（Solution 1）中，右擊 Loads，並選擇 New Load→ Bearing 去建立載荷。 軸承載荷要求規定壹柱形表面（或圓形邊緣），和壹規定最大載荷方向的矢量。 首先，選擇幾何體——軸承載荷將作用的柱面。 打開 Create Bearing 對話框，選擇在部件右端的柱面，如圖 1-14 所示。 圖 1-14 選擇載荷作用表面 在 Force 文本框中輸入 1000。 註意：區域角（Region Angle）設置到 180。這意味著載荷將作用到柱面超過 180°。其次，選擇要定義的最大載荷的矢量方向。 單擊 Inferred Vector 圖標 中的箭頭，並單擊– Axis 圖標 YC 。 單擊 OK 按鈕。 載荷建立並顯示在圖形中，如圖 1-15 所示。 在載荷上顯示的箭頭是壹 bit，利用 BC Edit Display 對話框改變邊界條件的外貌。 在 Simulation Navigator 中右擊 Solution （1） 下的 Bearing 1） （ 載荷， 然後選擇 Style。 在 BC Edit Display 對話框中，微微移動 Scale 滑塊向左減少箭頭尺寸，然後單擊 OK 按鈕。 箭頭尺寸改變，如圖 1-16 所示。 12 UG NX4 高級仿真培訓教程 圖 1-15 建立並顯示載荷 圖 1-16 修改後的載荷顯示 第 6 步 作用第壹約束 利用壹銷住約束，在桿的壹端約束大的彎曲面。該約束將仿真此面怎樣與另壹部件上 的對應面匹配。 壹個銷住約束定義壹旋轉軸。壹旦選擇了壹柱面，建立壹柱坐標系，R 和 Z 方向將被 固定，Theta（旋轉）方向是自由的。 在 Advanced Simulation 工具欄上， 單擊 Constraint Type 圖標 擊 Pinned Constraint 圖標 。 中的箭頭， 然後單 註意： 也可以利用 Simulation Navigator， 在激活的解決方案 （Solution 1） 中右擊 Constraints 並選擇 New Constraint→Pinned Constraint。 打開 Create Pinned Constraint 對話框，選擇在連接桿底部的大彎曲面，如圖 1-17 所示。 單擊 OK 按鈕。 約束被作用的顯示。由約束建立的圓柱坐標系也是可見的，如圖 1-18 所示。 圖 1-17 選擇底部的大彎曲面 圖 1-18 建立與顯示銷住約束 第1章 高級仿真入門 13 第 7 步 作用第二約束 部件已被約束，但繞 Z 軸仍然可自由旋轉。現在部件頂部加另壹約束，防止壹剛體運 動。將利用用戶定義的約束，在壹個自由度中約束點。 單擊 Constraint Type 圖標 中的箭頭，然後單擊 User Defined Constraint 圖標 。 。 在 Create User Defined Constraint 對話框中的 DOF1 框中，單擊 Fixed 圖標 X 平移被固定，所有其他 DOF 保持自由。 放大並選擇點：在切槽的頂端處面相遇，如圖 1-19 所示。 單擊 OK 按鈕。 建立約束，如圖 1-20 所示。 圖 1-19 選擇點 圖 1-20 建立與顯示固定約束 存儲文件。 第 8 步 求解模型 現在已定義了網格、材料、載荷和約束，準備求解模型。作為過程的壹部分，利用綜 合檢查，檢驗模型是否準備完畢。 在 Simulation Navigator 中，右擊 Solution 1 並選擇 Comprehensive Check，打開 Information 窗口。 考查檢查結果。 檢查列出的信息和警告。 檢查推薦選擇 Iterative Solver 選項，它可以改進性能。 檢查警告：對銷住約束坐標系不同於節點下的坐標系。當作用銷住約束時，它利 用壹柱坐標系壓制在節點下的坐標系。這不會引起任何問題，可以忽略警告。 關閉 Information 窗口。 在 Simulation Navigator 中，右擊 Solution 1，並選擇 Solution Attributes。 在 Edit Solution 對話框中，選中 Iterative Solver（對 NX Nastran 2.0 和更高版本） 復選框。 單擊 OK 按鈕。 在 Simulation Navigator 中，右擊 Solution 1，並選擇 Solve。 14 UG NX4 高級仿真培訓教程 提示：也可以在 Advanced Simulation 工具欄上單擊 Solve 圖標 ，顯示 Solve 對話框。註意 Comprehensive Check 要選中。 單擊 OK 按鈕。 顯示 Information 窗口，再次綜合檢查數據。 如果通過檢查，出現 Analysis Job Monitor 對話框，它顯示任務正在運行。分析在後臺 運行，所以可以繼續用 NX 工作，而有限元分析正在被計算。 當任務完成時，關閉 Information 窗口。 在 Analysis Job Monitor 對話框上單擊 Cancel 按鈕。 現在解算完成，如圖 1-21 所示，Results 節點在 Simulation Navigator 中可以見到。 第 9 步 觀察分析結果 現在利用後置處理器觀察分析結果。 在 Simulation Navigator 中，雙擊 Results。 提示：也可以單擊 Advanced Simulation 工具欄上的 Results 圖標 。結果顯示在後置處理器窗口中，如圖 1-22 所示。 圖 1-21 Results 節點 圖 1-22 結果顯示 顯示 Post Control 工具欄，如圖 1-23 所示。 圖 1-23 Post Control 工具欄 提示： 如果 Post Control 工具欄是不可見的， Application 工具區右擊並選擇 Post Control。 在第 10 步 在仿真導航器中考察結果 通過簡單選擇規定需要的類型，可以改變顯示的結果類型。註意：默認選擇位移類型。 許多結果類型有專門的子類型（數據組元）。在圖 1-24 中，Displacement 已經展開以 顯示不同數據元。 第1章 高級仿真入門 15 圖 1-24 展開的位移節點 在 Simulation Navigator 中，展開 SUBCASE — STATIC LOADS 1 Loads。 展開 Displacement — Nodal。 選中 Y 組元復選框。 顯示更新以展示 Y 位移值，如圖 1-25 所示。 圖 1-25 Y 位移值 第 11 步 退出後置處理器 當完成觀察結果時，可以退出後置處理器。 在 Post Control 工具欄上，單擊 Finish Post Processing 圖標 。 提示：也可以選擇 Tools→ Results→ Finish Post Processing。 關閉所有部件文件。
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