結(jié)構(gòu)分析模塊簡(jiǎn)介

1、第一章結(jié)構(gòu)分析模塊介紹目標(biāo)本章介紹了結(jié)構(gòu)場(chǎng)景的一些基本概念。在接下來的章節(jié)中，讀者將逐漸加強(qiáng)和擴(kuò)大對(duì)這些概念的理解。完成本章后，讀者將能夠：理解結(jié)構(gòu)分析模塊的基本概念。了解結(jié)構(gòu)分析工具欄。使用結(jié)構(gòu)分析導(dǎo)航器。了解結(jié)構(gòu)分析模塊的環(huán)境。1.1結(jié)構(gòu)分析概述UG NX結(jié)構(gòu)分析模塊是一個(gè)與Unigraphics集成的簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的有限元建模和分析工具。它為設(shè)計(jì)工程師和分析師設(shè)計(jì)和分析幾何模型提供了一個(gè)分析環(huán)境。UG NX結(jié)構(gòu)分析模塊對(duì)設(shè)計(jì)工程師和分析師具有以下優(yōu)勢(shì)：可以方便地分析單一圖形設(shè)計(jì)模型。結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)使解決設(shè)計(jì)問題變得更加容易。有限元模型的可擴(kuò)展性。它更直觀。節(jié)省時(shí)間。因?yàn)橥瓿煞治鲋恍枰俚牟襟E

2、。UG NX的其他模塊可以在不離開正在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的零件的情況下啟動(dòng)。如果幾何模型被修改，相關(guān)的有限元分析數(shù)據(jù)可以自動(dòng)更新，最大限度地減少重復(fù)工作。1.1.1什么是結(jié)構(gòu)分析模塊結(jié)構(gòu)分析模塊是CAE應(yīng)用軟件，可方便地用于零件設(shè)計(jì)的分析和評(píng)價(jià)。結(jié)構(gòu)分析方案可以定義為其主要模型的變體。建模應(yīng)用程序中的以下功能支持結(jié)構(gòu)分析模塊：主模型、身體提升和藝術(shù)間表達(dá)。UG NX的結(jié)構(gòu)分析模塊具有強(qiáng)大的仿真管理能力，可以為同一零件或組件建立和管理不同的分析方案。每個(gè)分析方案都是從主模型中派生出來的，并且與主模型相關(guān)。一旦建立了分析方案，就可以對(duì)其進(jìn)行獨(dú)立的理想化和分析，最終可以根據(jù)最佳或最理想的分析方案更新主模型

3、。分析方案中的幾何圖形與主模型相關(guān)聯(lián)，但它可以有自己的唯一信息。例如，主模型可以有多個(gè)倒圓角，而在分析模型中，這些倒圓角可以被抑制。每個(gè)分析方案可以有不同的有限元網(wǎng)格和分析結(jié)果。雖然分析方案與主模型相關(guān)聯(lián)，但它可以獨(dú)立修改，而不會(huì)影響主模型。1.1.2一些相關(guān)概念1.主模型概念(主模型概念)主模型的概念有助于區(qū)分分析方案模型和組件文件。分析方案模型本質(zhì)上是一個(gè)裝配文件。主模型幾何結(jié)構(gòu)是“分析方案”的組成部分，有限元模型、分析數(shù)據(jù)和幾何控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在分析方案中。2.身體提升(身體提升)體積提升的功能是提供主模型幾何圖形的獨(dú)立且可變的副本，以保持分析方案的特殊特征(例如，板的中間平面特征)。對(duì)主模

4、型幾何的任何修改都將影響分析方案中的提升體。3.形狀簡(jiǎn)化(形狀簡(jiǎn)化)主模型的幾何形狀的簡(jiǎn)化(例如，抑制某些特征)是通過組件之間的相關(guān)表達(dá)式來實(shí)現(xiàn)的。因此，分析方案可以有不同于主模型的表達(dá)式。1.1.3結(jié)構(gòu)分析方案架構(gòu)的內(nèi)部工作模式分析方案的內(nèi)部工作模式如圖1-1所示。圖1-1分析方案的內(nèi)部工作模式結(jié)構(gòu)分析的體系結(jié)構(gòu)基于目錄結(jié)構(gòu)、組件之間的關(guān)聯(lián)表達(dá)式、裝配和車身提升。在任何時(shí)候，如果需要，結(jié)構(gòu)分析可以自動(dòng)完成提升操作。例如，創(chuàng)建中板時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)完成卷提升操作以創(chuàng)建相應(yīng)的中板。因此，很容易理解為什么必須激活缺省文件中的“INTERPART MODELING”和“PROMOTIONS”。1.1.4

5、分析方案的目錄結(jié)構(gòu)當(dāng)開始應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)在第一個(gè)分析方案建立之前什么也沒有發(fā)生。一旦建立了分析方案，系統(tǒng)將：創(chuàng)建一個(gè)與裝配文件同名的文件夾。創(chuàng)建一個(gè)名為場(chǎng)景_1的新文件。將主模型作為組件添加到場(chǎng)景_1。所有分析方案的結(jié)構(gòu)形式如圖1-2所示。圖1-2分析方案的結(jié)構(gòu)1.1.5分析過程結(jié)構(gòu)分析的界面類似于Unigraphics的其他應(yīng)用程序，可以方便地將幾何模型轉(zhuǎn)換成具有相關(guān)性的有限元模型。變換過程從抑制非主要特征和提取中間平面幾何開始，并且還可以編輯和控制模型的特征參數(shù)。1.預(yù)處理(預(yù)處理)網(wǎng)格劃分是完全自動(dòng)的，幾何模型是可操作的。支持的元素類型包括線性和二次三角形元素(殼元素)、四邊形元素

6、(殼元素)、四面體元素(體積元素)以及各種一維元素和點(diǎn)元素。您可以指定幾何模型的全局和局部網(wǎng)格密度。網(wǎng)格與幾何模型相關(guān)。幾何模型改進(jìn)后，網(wǎng)格可以隨時(shí)通過命令進(jìn)行更新，有限元模型可以在求解前進(jìn)行檢查、編輯和修改。設(shè)置載荷和邊界條件非常方便，并且以圖形方式顯示。它們都與幾何模型相關(guān)，幾何會(huì)發(fā)生變化，載荷和邊界條件會(huì)自動(dòng)更新。可以通過圖形界面快速建立多個(gè)載荷和約束。2.分析(分析)結(jié)構(gòu)分析模塊為有限元分析提供了四種解算器，即：結(jié)構(gòu)有限元解算器、NASTRAN解算器、ANSYS解算器和ABAQUS解算器。根據(jù)所分析的問題，可以設(shè)置具體的分析類型，如線性靜力分析、線性屈曲分析、模態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)傳熱分析、線

7、性熱結(jié)構(gòu)耦合分析等。求解器以對(duì)話框的形式構(gòu)建并提交解決方案。規(guī)劃求解可以提供自適應(yīng)分析功能，并使用獨(dú)立的規(guī)劃求解自適應(yīng)分析方法自動(dòng)細(xì)化網(wǎng)格。該功能可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格細(xì)化的自動(dòng)化，從而縮短分析時(shí)間，提高網(wǎng)格質(zhì)量，保證分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，并監(jiān)控求解過程。3.后加工分析計(jì)算結(jié)果以直觀、豐富多彩、圖形化的方式顯示，便于理解，包括節(jié)點(diǎn)和單元的分析結(jié)果數(shù)據(jù)。分析結(jié)果也可以通過動(dòng)畫顯示(結(jié)構(gòu)分析和模態(tài)分析)?？梢栽谕粋€(gè)窗口中直接比較不同的分析方案。此外，分析結(jié)果可以方便地以各種常見的硬拷貝格式輸出。1.1.6結(jié)構(gòu)分析的基本特征1.初步分析和詳細(xì)分析設(shè)計(jì)工程師和分析人員可以利用UG NX結(jié)構(gòu)分析模塊快速完成有限元模

8、型的初步分析和詳細(xì)分析。UG NX結(jié)構(gòu)分析模塊是專門為具有以下要求的用戶設(shè)計(jì)的：相關(guān)性分析幾何模型和CAE數(shù)據(jù)之間的完全相關(guān)性，例如網(wǎng)格、網(wǎng)格密度參數(shù)、載荷和邊界條件。原始模型的任何改變都可以通過簡(jiǎn)化的幾何模型轉(zhuǎn)移到有限元分析模型。產(chǎn)品主模型的結(jié)構(gòu)分析模塊采用主模型的體系結(jié)構(gòu)。幾何模型的簡(jiǎn)化和修改在裝配級(jí)別完成。這確保了分析模型的準(zhǔn)備不會(huì)與主模型數(shù)據(jù)沖突。線性分析結(jié)構(gòu)分析模塊提供線性靜態(tài)分析、模態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)。2.模型準(zhǔn)備結(jié)構(gòu)分析使用Unigraphics中的標(biāo)準(zhǔn)建模技術(shù)來建立幾何圖形、特征和參數(shù)。在結(jié)構(gòu)分析中，可以修改詳細(xì)設(shè)計(jì)模型以建立適當(dāng)?shù)姆治瞿Ｐ?。模型?zhǔn)備過程包括理想化、簡(jiǎn)化和參數(shù)變

9、化。這個(gè)過程不僅限于模型的簡(jiǎn)化，還包括模型的擴(kuò)展。3.自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具自動(dòng)網(wǎng)格生成工具可以有效減少建立有限元模型的時(shí)間，為自動(dòng)網(wǎng)格更新提供平臺(tái)。在結(jié)構(gòu)分析中，有以下自動(dòng)網(wǎng)格劃分工具：點(diǎn)網(wǎng)格(零維網(wǎng)格)波束網(wǎng)格(一維網(wǎng)格)殼網(wǎng)格(二維網(wǎng)格)三維網(wǎng)格(三維網(wǎng)格)結(jié)構(gòu)分析還提供了額外的網(wǎng)格工具，支持以下類型的網(wǎng)格工具：接觸網(wǎng)(接觸網(wǎng))焊接網(wǎng)(焊接網(wǎng))網(wǎng)格匹配條件(網(wǎng)格匹配條件)一維元素截面(1D元素截面)邊緣面連接(邊緣面連接)網(wǎng)格與設(shè)計(jì)模型或理想化模型相關(guān)聯(lián)。但是，在模型修改過程中，網(wǎng)格不會(huì)自動(dòng)更新。分析師可以控制網(wǎng)格更新的過程。4.負(fù)載和邊界條件在結(jié)構(gòu)分析中，載荷和邊界條件施加在幾何上，而不是有

10、限元上。載荷和邊界條件與幾何模型相關(guān)，并且是參數(shù)化的。當(dāng)設(shè)計(jì)模型改變時(shí)，可以更新載荷和邊界條件。5.材料特性您可以將材質(zhì)屬性指定給網(wǎng)格單元。對(duì)于線性靜態(tài)分析、模態(tài)分析、熱結(jié)構(gòu)耦合分析和疲勞分析，UG NX結(jié)構(gòu)分析模塊中的材料屬性選項(xiàng)提供了一個(gè)材料屬性數(shù)據(jù)庫(kù)。6.分析在當(dāng)前版本的UG NX結(jié)構(gòu)分析中支持以下解算器：結(jié)構(gòu)工程、NASTRAN、ANSYS和ABAQUS。7.后處理器結(jié)構(gòu)分析后處理器提供了許多有用的功能，包括：云圖等高線圖圖表動(dòng)畫顯示控制器1.1.7啟動(dòng)結(jié)構(gòu)分析模塊有兩種方法可以啟動(dòng)結(jié)構(gòu)分析模塊：?jiǎn)螕艄ぞ邫谏系慕Y(jié)構(gòu)分析圖標(biāo)。從UG NX主菜單中選擇應(yīng)用結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示。啟動(dòng)結(jié)構(gòu)分析

11、模塊，顯示結(jié)構(gòu)分析工具欄，如圖1-4所示。圖1-3開始結(jié)構(gòu)分析模塊圖1-4結(jié)構(gòu)分析工具欄1.1.8結(jié)構(gòu)分析工具欄通過點(diǎn)擊結(jié)構(gòu)分析工具欄上的功能圖標(biāo)，可以快速簡(jiǎn)單地建立和管理分析方案的數(shù)據(jù)。這些功能包括：環(huán)境設(shè)置、模型準(zhǔn)備、材料、載荷和邊界條件設(shè)置、有限元網(wǎng)格自動(dòng)劃分、模型檢查、分析設(shè)置和提交、后處理和報(bào)告創(chuàng)建。在圖1-4所示的結(jié)構(gòu)分析工具欄上，圖標(biāo)根據(jù)分析過程從左到右排列。具有相似功能的圖標(biāo)排列在一個(gè)堆棧中。單擊堆棧右側(cè)的向下箭頭，向下展開堆棧以選擇命令或功能。圖1-4中結(jié)構(gòu)工具欄上的所有圖標(biāo)堆棧都已展開。圖標(biāo)的名稱如表1-1所示。表1-1結(jié)構(gòu)分析工具欄上每個(gè)功能圖標(biāo)的名稱序列號(hào)姓名序列號(hào)姓名

12、序列號(hào)姓名1環(huán)境(選擇分析類型)*14難點(diǎn)27一維元素截面2有限元模型更新*15材料屬性*28零維網(wǎng)格3編輯場(chǎng)景特征參數(shù)16負(fù)載*29屬性編輯器*4抑制特性17邊界條件*30有限元模型檢查*5釋放特性18邊和面之間的連接31節(jié)點(diǎn)和單元信息查詢6主要型號(hào)*19焊接網(wǎng)格32有限元模型綜述7理想化的幾何20接觸網(wǎng)33優(yōu)化設(shè)置*8模型分割21面部接觸網(wǎng)34有限元解*9提取中間表面22網(wǎng)格配對(duì)條件35分析作業(yè)監(jiān)視器10面部混合23三維四面體網(wǎng)格*36分析結(jié)果的后處理*11面連接24三維掃描網(wǎng)格*37創(chuàng)建報(bào)告*12縫合25二維網(wǎng)格*38輸出報(bào)告13人臉分割26一維網(wǎng)格*39疲勞載荷變量下面描述了結(jié)構(gòu)分析工

13、具欄中的一些選項(xiàng)(表1.1中顯示的選項(xiàng)用*標(biāo)記)，其余的將在后面的章節(jié)中討論。1.環(huán)境此選項(xiàng)用于定義當(dāng)前工作所需的環(huán)境。您可以從列表中選擇求解器和分析類型。2.更新有限元模型調(diào)用此選項(xiàng)時(shí)，所有有限元對(duì)象都可以更新，以匹配幾何圖形更改或?qū)傩跃庉嬈魉龅膶傩愿?。一旦進(jìn)行了任何更改，更新圖標(biāo)將被激活，并且有限元對(duì)象可以隨時(shí)更新。3.主要型號(hào)尺寸此選項(xiàng)調(diào)用“尺寸編輯”對(duì)話框來更改模型參數(shù)。通過改變這些參數(shù)，可以研究可能的設(shè)計(jì)方案。使用“尺寸編輯”對(duì)話框更改組件間相關(guān)性表達(dá)式(IPE)，以便更改當(dāng)前分析方案中的模型尺寸。更改分析方案中的任何特征和草圖尺寸都不會(huì)影響主模型和其他分析方案。4.材料特性此圖

14、標(biāo)調(diào)用“材質(zhì)屬性”對(duì)話框，該對(duì)話框可以為單元和網(wǎng)格對(duì)象定義相應(yīng)的材質(zhì)屬性。5.負(fù)荷此功能提供用于創(chuàng)建、編輯和顯示載荷的工具，并支持各種結(jié)構(gòu)分析和熱分析載荷。負(fù)載由負(fù)載案例組織和管理。6.邊界條件該功能提供了創(chuàng)建、編輯和顯示邊界條件的工具。邊界條件集可用于組織和顯示邊界條件。一組邊界條件本質(zhì)上是一組邊界條件，它可以包含一個(gè)或多個(gè)邊界條件。7.三維四面體網(wǎng)格該函數(shù)調(diào)用實(shí)體網(wǎng)格生成器來生成包含多個(gè)實(shí)體的網(wǎng)格實(shí)體或組件，并且可以生成具有4個(gè)或10個(gè)節(jié)點(diǎn)的四面體網(wǎng)格單元。允許指定各種參數(shù)，例如像元大小、縱橫比、曲率因子、曲率控制標(biāo)志、中間節(jié)點(diǎn)捕捉標(biāo)志以及像元和邊界參數(shù)的顯示。8.三維掃描網(wǎng)格對(duì)于在某個(gè)方

15、向上橫截面不變的實(shí)體，3D掃描網(wǎng)格功能可以通過在實(shí)體上進(jìn)行掃描來創(chuàng)建六面體網(wǎng)格。9.二維網(wǎng)格單擊此圖標(biāo)啟動(dòng)殼網(wǎng)格生成器，以網(wǎng)格化單個(gè)曲面或多個(gè)曲面。在大多數(shù)情況下，2D網(wǎng)格是簡(jiǎn)單的四邊形單元或具有中間節(jié)點(diǎn)的四邊形單元。在某些情況下，三角形元素被用來避免壞元素。10.一維網(wǎng)格該功能提供了創(chuàng)建和編輯各種一維網(wǎng)格元素的工具，如梁元素、彈簧元素、阻尼元素等。11.屬性編輯器屬性編輯器是一個(gè)交互式編輯工具，可以應(yīng)用于任何可選的實(shí)體。具體的編輯內(nèi)容取決于當(dāng)前的系統(tǒng)模式。12.有限元模型檢驗(yàn)有限元模型檢查功能用于檢查當(dāng)前模型的完整性和正確性。13.優(yōu)化設(shè)置優(yōu)化設(shè)置功能可以定義結(jié)構(gòu)優(yōu)化操作所需的所有信息。14.有限單元解法有限元求解功能用于生成分析所需的有限元數(shù)據(jù)文件，并將其提交進(jìn)行分析和求解。15.分析結(jié)果的