UG仿真基礎知識簡介

1、 UG NX8.5UG NX8.5有限元分析有限元分析前提知識前提知識- - 簡介簡介 p 有限元法基礎知識介紹o 有限元分析操作流程介紹o UG NX有限元分析介紹o 有限元分析結果評價的常見方法o 有限元分析學習的基本方法1.1 有限元法概念問題引出o 規(guī)則截面零件可以利用理論公式計算應力、應變等，但變截面或者復雜截面？o 如圖所示，復雜截面采用近似法；已知彈性模量E，桿長L，各段橫截面A，并且：剛度K=AE/L1.1.2 2 有限元法概念近似解法的推導過程有限元法概念近似解法的推導過程121121232232343343454454()0()()0()()0()()0()0Rk uuk

2、uuk uuk uuk uuk uuk uuk uuF1111222233334444 0 0 0 0 00 00 0 0 0 0 kkkkkkkkkkkkkkkk12345000uRuuuFu RKuF KuF單元剛度陣單元剛度陣2022-3-161.31.3 有限元法概念基本思想有限元法概念基本思想邊界條件和載荷單元屬性和網(wǎng)格jVjvjUjuiViviUiumVmvmUmuyxpqr eekF單個單個單元單元求解求解分割、分割、逼近逼近單元單元組合組合物體離散化分析對象機構，建筑，單個零件，機械系統(tǒng)，聲場，電磁場離散成各種單元組成的計算模型。連續(xù)問題，變成離散問題；無限自由度問題，變成有限

3、自由度問題。計算結果是實際情況的近似。單元特性分析 選擇位移模式 分析單元的力學性質 計算等效節(jié)點力單元組集求解未知節(jié)點位移利用平衡邊界條件把各單元重新連接起來，形成整體有限元方程1.41.4 有限元法概念計算基本流程有限元法概念計算基本流程1.51.5 有限元法概念有限元模型的構建有限元法概念有限元模型的構建 真實系統(tǒng)FEM模型載荷載荷節(jié)點節(jié)點單元單元約束約束p 節(jié)點節(jié)點：空間中的坐標位置，具有一定自由度和存在相互物理作用；p 單元單元：一組節(jié)點自由度間相互作用的數(shù)值、矩陣描述（稱為剛度或系數(shù)矩陣)，單元 有線、 面或實體以及二維或三維的單元等種類；p 有限元模型有限元模型：由一些單元組成，

4、單元之間通過節(jié)點連接，并承受一定載荷和約束。 結構 位移 熱 溫度 電 電位 流體 壓力 磁 磁位 方向方向 自由度自由度ROTZUYROTYUXROTXUZ1.61.6 有限元法概念自由度和約束有限元法概念自由度和約束用于描述一個物理場的響應特性. .點點 (質量質量)線線(彈簧，梁，桿，間隙彈簧，梁，桿，間隙)面面 (薄殼薄殼, 二維實體二維實體,軸對稱實體軸對稱實體)線性線性二次二次體體(三維實體三維實體)線性線性二次二次. . . .1.71.7 有限元法概念單元類型有限元法概念單元類型前處理：建模，模型簡化，材料定義，單元屬性，網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格檢查等，添加邊界條件、施加載荷等；選擇計算

5、類型：靜力分析，接觸分析，瞬態(tài)分析，模態(tài)分析，諧波分析，譜分析，聲學分析，熱分析，電磁場分析等；后處理：提取數(shù)據(jù)，云圖，繪制曲線、計算結果評價，導出數(shù)據(jù)等； 2.12.1 有限元法概念軟件操作基本流程有限元法概念軟件操作基本流程2.22.2 有限元的分類（有限元的分類（1 1）o 有限元法可以分為兩類，即線彈性有限元法和非線性有限元法；o 線彈性有限元是以理想彈性體為研究對象的，所考慮的變形建立在小變形假設的基礎上。在這類問題中，材料的應力與應變呈線性關系，滿足廣義胡克定律；o 線彈性有限元一般包括線彈性靜力學分析與線彈性動力學分析兩方面。2.22.2 有限元的分類（有限元的分類（2 2）o其

6、中線彈性有限元法是非線性有限元法的基礎，二者不但在分析方法和研究步驟上有類似之處，而且后者常常要引用前者的某些結果。o 非線性問題與線彈性問題的區(qū)別： 1）非線性問題的方程是非線性的，一般需要迭代求解； 2）非線性問題不能采用疊加原理； 3）非線性問題不總有一致解，有時甚至沒有解；o 非線性有限元包括：材料非線性問題、幾何非線性和接觸邊界非線性等三個工程常見類型； 2.32.3 常見有限元商業(yè)軟件常見有限元商業(yè)軟件o Msc/Nastran：著名結構分析軟件，由NASA研制，近年來衍生出 MD Nastran、 NX Nastran、MIDAS Nastran FX等；o MSC/Dytran

7、：動力學分析軟件；o Ansys：通用結構分析軟件；o Adina: 非線性分析軟件；o Abaqus：非線性分析軟件； 3.13.1 UG NX UG NX 有限元分析的文件結構形式有限元分析的文件結構形式1 1u 主模型部件主模型部件 （*.prt）u 理想化部件理想化部件（*_i.prt)u 有限元模型部件有限元模型部件（*_fem#.fem)u 仿真模型部件仿真模型部件 （*_sim#.sim)3.2 3.2 UG NX UG NX 有限元分析的文件結構形式有限元分析的文件結構形式3Master PartIdealize Part1FEM1FEM2SIM1Idealize Part2S

8、IM2FEM3FEM43.3 3.3 UG UG 有限元分析的文件結構含義有限元分析的文件結構含義：分析的原始設計部件 包含主模型，裝配，未修改的部件幾何體；：是原始部件的一個相關拷貝/提升體 可進行編輯，以提高分析質量； 包含材料屬性、網(wǎng)格屬性、單元類型和大小等； 包含所有的仿真數(shù)據(jù)，求解方案，求解步驟，邊界條件；3.4 UG NX3.4 UG NX提供了兩種工作流程提供了兩種工作流程3.53.5 UG NX UG NX 有限元分析的工作流程有限元分析的工作流程o打開文件，進入高級仿真應用模塊；o創(chuàng)建FEM和SIM文件，指定求解器（決定設置環(huán)境和網(wǎng)格語言）o創(chuàng)建Solution；o理想化幾何

9、體（移除細節(jié)特征，分割幾何體，創(chuàng)建中面等）；o顯示FEM文件，準備劃分網(wǎng)格；o定義材料屬性和網(wǎng)格的物理屬性；o檢查網(wǎng)格質量；o顯示SIM文件，應用載荷和約束到模型；o求解；o進入后處理檢查結果。3.63.6 仿真導航器窗口分級樹及其主要節(jié)點仿真導航器窗口分級樹及其主要節(jié)點oUG NX高級仿真的導航器是一個圖形化、交互式的分級樹狀形式，用來顯示仿真文件和解算結果的結構關系、節(jié)點內容及其是否處于激活狀態(tài)，也方便結果的查看和評估操作，包括仿真（前處理）導航器窗口和后處理導航器窗口，其中仿真導航器窗口分級樹中的主要節(jié)點內容、文件名稱如圖所示：仿真導航器窗口分級樹及其主要節(jié)點4 4 有限元分析結果評價的

10、常見方法有限元分析結果評價的常見方法o以線性靜力學分析為例，其解算后的結果包括變形位移、應力、應變和反作用力等項目及其相應的數(shù)值，而最為常用需要評價的是位移和應力兩個指標。o1）變形位移 分析模型在工況條件下，其受到邊界約束和施加載荷后引起的最大變形位移，不能超過設計要求的允許值，判斷式簡化為： max 0 - （1-1）o2）應力 分析模型在工況條件下，其受到邊界約束和施加載荷后的最大應力響應值，不能超過材料自身的許用應力值，判斷式簡化為： max 0 - （1-2） 5 5 有限元分析有限元分析學習的基本學習的基本方法方法o掌握有限元分析相關的基礎課程和專業(yè)知識，比如：材料力學、彈性力學、有限元基礎、 振動基礎等等；o 先從線性靜力學結構分析學起，掌握一些有限元分析的基本術語，熟練掌握有限元分析的工作流程和關鍵步驟；o 掌握靜力學有限元分析方法后，根據(jù)工作或者研究的需要，學習一些專業(yè)模塊的有限元分析方法，比如振動響應、熱力學等有限元分析；o 從模擬有限元分析實例開始，掌握操作要點后，再獨立應用有限元手段，逐步去解決實際問題。