UG NX 7.0有限元分析入門與實(shí)例精講

前言

UG NX是面向企業(yè)的CAD／CAM／CAE一體化軟件，其中，高級仿真模塊（有限元分析）在多年的發(fā)展過程中逐漸吸收和集成了世界優(yōu)秀有限元軟件（MSC.Nastran、I-deals、Adina和LS-DYNA等）的眾多功能和優(yōu)點(diǎn)，特別是它的結(jié)構(gòu)分析功能具有計(jì)算精度高、運(yùn)行速度快、操作界面友好的優(yōu)勢，得到了國防、航空航天、車輛、船舶、機(jī)械和電子等眾多行業(yè)的接受和認(rèn)可，其分析結(jié)果已成為航太等級工業(yè)CAE標(biāo)準(zhǔn)，獲得美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）認(rèn)證。目前介紹UG CAE實(shí)例類的圖書甚少，很多UG讀者迫切需要在CAD基礎(chǔ)上掌握CAE分析技能，因此，筆者以UG NX 7.0（其有限元求解器為NX Nastmn 6.1）中文版為平臺，整理出多年來在UG軟件科研、教學(xué)和培訓(xùn)中典型的有限元分析實(shí)例，編著出書以饗讀者。本書主要內(nèi)容第1章講解UG NX高級仿真操作流程、前處理、求解參數(shù)設(shè)置、后處理及其顯示模式和解算結(jié)果文件導(dǎo)入方法等知識點(diǎn)。第2章講解網(wǎng)格劃分原則、一維梁單元劃分、二維單元網(wǎng)格劃分、三維六面體單元網(wǎng)格劃分、手工創(chuàng)建網(wǎng)格、局部載荷施加、銷約束和軸承載荷定義、自動耦合約束、螺栓預(yù)緊和面接觸組合8個實(shí)例。第3章講解線性靜力學(xué)基礎(chǔ)知識、操作流程、材料屬性自定義和多載荷組合工況的求解等知識點(diǎn)。第4章講解優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、優(yōu)化設(shè)計(jì)操作流程和運(yùn)用背景等知識點(diǎn)。第5章講解疲勞分析主要參數(shù)設(shè)置、操作流程和疲勞結(jié)果分析方法等知識點(diǎn)。第6章講解面接觸主要參數(shù)、過盈量對接觸結(jié)果的影響、接觸結(jié)果的顯示方式以及離心載荷對接觸結(jié)果的影響等知識點(diǎn)。第7章講解線性屈曲分析基礎(chǔ)、操作流程、非關(guān)聯(lián)FEM裝配模型和非線性靜態(tài)解算方法等知識點(diǎn)。第8章講解結(jié)構(gòu)模態(tài)分析的基礎(chǔ)知識、模態(tài)分析的操作流程、創(chuàng)建多個結(jié)構(gòu)模態(tài)解算方案方法和結(jié)構(gòu)模態(tài)的優(yōu)化計(jì)算等知識點(diǎn)。第9章講解關(guān)聯(lián)FEM裝配模型、裝配體模態(tài)分析操作流程、自由模態(tài)分析方法、編輯輸入文件和求解含曲面接觸裝配體模態(tài)等知識點(diǎn)。第10章講解強(qiáng)迫振動響應(yīng)的操作流程、創(chuàng)建響應(yīng)仿真事件方法、評估響應(yīng)和傳遞性能方法等知識點(diǎn)。第1l章講解非線性基礎(chǔ)、非線性分析操作流程和非線性分析結(jié)果的查看方式等知識點(diǎn)。第12章講解結(jié)構(gòu)熱分析基本概念、操作流程、熱應(yīng)力分析及其結(jié)果查看方式等知識點(diǎn)。第13章講解計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)、NX Flow操作流程、查看流體運(yùn)動計(jì)算結(jié)果等知識點(diǎn)。

內(nèi)容概要

　　本書以UG NX
7.0的高級仿真模塊為平臺，詳細(xì)介紹在典型工程實(shí)例中采用有限元進(jìn)行分析的解題思路和操作步驟，內(nèi)容包括有限元分析入門、有限元分析基本操作、多載荷條件下的變形和應(yīng)力、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和優(yōu)化分析、結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和疲勞分析、接觸應(yīng)力分析、屈曲響應(yīng)分析、固有頻率計(jì)算和分析、結(jié)構(gòu)模態(tài)分析、強(qiáng)迫振動響應(yīng)評估、非線性分析、結(jié)構(gòu)熱分析和流體運(yùn)動等實(shí)例。
　　本書注重解題思路和分析方法，操作步驟詳細(xì)，隨書光盤中包含所有實(shí)例的操作視頻、素材模型和相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果文件，方便讀者快速入門和掌握有限元分析的基本方法。
　　本書適合理工科院校相關(guān)專業(yè)的碩士研究生、博士研究生及教師使用，可以作為高等院校學(xué)生及科研院所研究人員學(xué)習(xí)UG NX
7.0有限元分析的教材，也可以作為從事相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)研究的工程技術(shù)人員的參考書。

作者簡介

沈春根

書籍目錄

出版說明
前言
第1章 UG NX 7.0軟件入門
　1.1 有限元CAE設(shè)計(jì)的優(yōu)勢
　1.2 NX Nastran主要分析功能
　1.3 UG NX有限元分析操作流程
　1.4 UG有限元入門實(shí)例及其操作步驟
　　1.4.1 問題描述
　　1.4.2 問題分析
　　1.4.3 操作步驟
　1.5 本章小結(jié)
第2章 有限元分析基本操作專題實(shí)例
　2.1 基礎(chǔ)知識
　　2.1.1 單元類型及其使用場合
　　2.1.2 網(wǎng)格劃分及其原則
　2.2 單元網(wǎng)格劃分實(shí)例
　　2.2.1 一維梁單元劃分實(shí)例
　　2.2.2 二維單元網(wǎng)格劃分實(shí)例
　　2.2.3 三維六面體單元網(wǎng)格劃分實(shí)例
　　2.2.4 手工創(chuàng)建單元實(shí)例
　2.3 定義載荷和約束實(shí)例
　　2.3.1 局部載荷施加實(shí)例
　　2.3.2 銷約束和軸承載荷定義實(shí)例
　　2.3.3 自動耦合約束和柱坐標(biāo)系定義實(shí)例
　　2.3.4 螺栓預(yù)緊載荷定義和面接觸組合實(shí)例
　2.4 本章小結(jié)
第3章 多載荷條件下的變形和應(yīng)力實(shí)例精講--旋轉(zhuǎn)刀具分析
　3.1 線性靜力學(xué)分析基礎(chǔ)知識
　3.2 問題描述
　3.3 問題分析
　3.4 操作步驟
　3.5 本章小結(jié)
第4章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和優(yōu)化分析實(shí)例精講--連桿受力分析
　4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識
　　4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)概述
　　4.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用
　　4.1.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容
　　4.1.4 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般流程
　　4.1.5 UG NX結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析簡介
　4.2 問題描述
　4.3 問題分析
　4.4 操作步驟
　　4.4.1 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析操作步驟
　　4.4.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析操作步驟
　4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和疲勞分析實(shí)例精講--渦輪葉片分析
　5.1 疲勞分析基礎(chǔ)知識
　　5.1.1 疲勞分析概述
　　5.1.2 疲勞分析主要參數(shù)
　　5.1.3 疲勞分析操作流程
　5.2 問題描述
　5.3 問題分析
　5.4 操作步驟
　　5.4.1 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析操作步驟
　　5.4.2 單個載荷變量疲勞分析的操作
　　5.4.3 多個載荷變量疲勞分析的操作
　5.5 本章小結(jié)
第6章 接觸應(yīng)力分析實(shí)例精講--錐形漲套連接分析
　6.1 面接觸分析基礎(chǔ)知識
　　6.1.1 面接觸概述
　　6.1.2 面接觸主要參數(shù)
　6.2 問題描述
　6.3 問題分析
　6.4 操作步驟
　　6.4.1 過盈量大小對接觸性能的影響
　　6.4.2 離心力載荷對接觸性能的影響
　6.5 本章小結(jié)
第7章 屈曲響應(yīng)分析實(shí)例精講--細(xì)長桿類刀具分析
　7.1 屈曲響應(yīng)分析基礎(chǔ)知識
　　7.1.1 屈曲響應(yīng)分析概述
　　7.1.2 線性屈曲響應(yīng)分析理論基礎(chǔ)
　7.2 問題描述
　7.3 問題分析
　7.4 操作步驟
　　7.4.1 線性屈曲響應(yīng)分析基本操作
　　7.4.2 改變結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行屈曲響應(yīng)分析
　　7.4.3 線性靜力學(xué)和非線性靜態(tài)分析的比較
　7.5 本章小結(jié)
第8章 固有頻率計(jì)算和分析實(shí)例精講--流量計(jì)彎管分析
　8.1 模態(tài)分析基礎(chǔ)知識
　　8.1.1 元法模態(tài)分析理論基礎(chǔ)
　　8.1.2 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析操作流程
　8.2 問題描述
　8.3 問題分析
　8.4 操作步驟
　　8.4.1 彎管結(jié)構(gòu)模態(tài)的計(jì)算
　　8.4.2 彎管結(jié)構(gòu)模態(tài)的優(yōu)化計(jì)算
　8.5 本章小結(jié)
第9章 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析實(shí)例精講--熱縮刀柄刀具分析
　9.1 問題描述
　9.2 問題分析
　9.3 操作步驟
　　9.3.1 結(jié)構(gòu)自由模態(tài)的求解
　　9.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對模態(tài)的影響
　　9.3.3 過盈連接結(jié)構(gòu)模態(tài)的求解
　9.4 本章小結(jié)
第10章 強(qiáng)迫振動響應(yīng)評估實(shí)例精講--多元件支撐架分析
　10.1 動力響應(yīng)基礎(chǔ)知識
　10.2 問題描述
　10.3 問題分析
　10.4 操作步驟
　10.5 本章小結(jié)
第11章 非線性分析實(shí)例精講--彈性筒夾大變形分析
　11.1 基礎(chǔ)知識
　　11.1.1 非線性分析的定義
　　11.1.2 非線性分析的類型
　　11.1.3 非線性分析的特點(diǎn)
　　11.1.4 非線性分析的步驟
　11.2 問題描述
　11.3 問題分析
　11.4 操作步驟
　11.5 本章小結(jié)
第12章 結(jié)構(gòu)熱分析實(shí)例精講--冷卻柵管受熱分析
　12.1 基礎(chǔ)知識
　12.2 問題描述
　12.3 問題分析
　12.4 操作步驟
　12.5 本章小結(jié)
第13章 流體運(yùn)動實(shí)例精講--流量計(jì)導(dǎo)流器分析
　13.1 計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ)知識
　　13.1.1 流體力學(xué)的基本方程
　　13.1.2 流體力學(xué)方程的初始條件和邊界條件
　　13.1.3 【NX Flow】湍流模型
　　13.1.4 【NX Flow】計(jì)算的一般流程
　13.2 問題描述
　13.3 問題分析
　13.4 操作步驟
　13.5 本章小結(jié)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（2）SEMODES 103／103-hi句應(yīng)仿真：動力學(xué)分析動力學(xué)分析功能包括特征模態(tài)分析、直接復(fù)特征值分析、直接瞬態(tài)響應(yīng)分析、模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)分析、響應(yīng)譜分析、模態(tài)復(fù)特征值分析、直接頻率響應(yīng)分析、模態(tài)頻率響應(yīng)分析、非線性瞬態(tài)分析、模態(tài)綜合和動力靈敏度分析等。（3）SEBI.JCKL 105：屈曲響應(yīng)分析屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷，NXNastran中的屈曲分析包括兩類：線性屈曲分析和非線性屈曲分析。線性屈曲分析又稱為特征值屈曲分析，可以考慮固定的預(yù)載荷，也可使用慣性釋放。非線性屈曲分析包括幾何非線性屈曲分析，彈塑性屈曲分析以及非線性后屈曲（Snap-Through）分析。非線性靜力分析中主要包括幾何非線性（如大變形、大應(yīng)變、大轉(zhuǎn)動）、材料非線性（如塑性、蠕變）、接觸非線性等。幾何非線性分析研究結(jié)構(gòu)在載荷作用下幾何模型發(fā)生改變的方式和大小。所有這些均取決于結(jié)構(gòu)承載時的剛性或柔性變化。非穩(wěn)定段過渡、回彈、后屈曲分析的研究都屬于幾何非線性分析的應(yīng)用。材料非線性分析包括非線性彈性（含分段線彈性）、超彈性、熱彈性、彈塑性、塑性、粘彈性、率相關(guān)塑性與蠕變材料，適用于各類各向同性、各向異性材料模式，具有不同拉壓特性（如繩索）及與溫度相關(guān)的材料等。對于彈／塑性材料既可用Von Mises，也可用Tresca屈服準(zhǔn)則；土壤或巖石類材料可用Mohr.Coulomb或Druckel.Prager屈服準(zhǔn)則；Mooney.Rivlin超彈性材料模型適用于超彈性分析；對于蠕變分析可利用ORNI。定律或Rheological進(jìn)行模擬，并同時考慮溫度影響。任何屈服準(zhǔn)則均包括各向同性硬化、隨動硬化或兩者兼有的硬化規(guī)律。接觸非線性分析時，通常要考慮非線性邊界條件（當(dāng)一個結(jié)構(gòu)與另一個結(jié)構(gòu)或外部邊界相接觸時），由接觸產(chǎn)生的力同樣具有非線性特性。對于這些非線性接觸力，NX Nastran提供了兩種方法：一是三維間隙單元（GAP），支持開放、封閉或帶摩擦的邊界條件；二是三維滑移線接觸單元，支持接觸分離、摩擦和滑移邊界條件。還有其他的解算類型和高級分析功能，比如，熱傳導(dǎo)、流一固耦合分析、聲學(xué)分析、轉(zhuǎn)子動力學(xué)和空氣動力彈性及顫振分析等，限于篇幅在此不再贅述。uG NX高級仿真和其他有限元分析軟件基本操作一致，分為前處理、求解和后處理3大步驟，還可以完成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、疲勞耐久預(yù)測等任務(wù)，其基本操作流程歸納如下：（1）創(chuàng)建主模型或者導(dǎo)入三維模型  三維模型在UG高級仿真中也稱為主模型，它是有限元分析和計(jì)算的基礎(chǔ)，并且仿真模型和三維主模型是關(guān)聯(lián)的，因此，構(gòu)建合理的、參數(shù)化的主模型，可以大大提高仿真和優(yōu)化計(jì)算的速度和效率。當(dāng)然，也可以導(dǎo)入由其他CAD軟件構(gòu)建的模型（一般為實(shí)體模型）。

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