第1章UGNX有限元分析入门–基础实例
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在工具栏中单击【编辑后处理视图】，弹出【后处理视图】对话框，在【颜色显示】下 拉框中选择【条纹】选项：
设置相 关参数
条纹显示云图
第29页，共64页。
9）等值线显示及特征显示
等值线显示云图
特征显示云图
第30页，共64页。
10）可信度分析
求解，待求解分析结束后，单击【分析作业监视器】下的【检查分析质量】，软件自动分析求解结果的 质量，并弹出相应的检测分析质量对话框：
设置相关参数
单击确定
第19页，共64页。
（5）求解仿真模型
p在仿真窗口中单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【求解】命令，弹出【求解】对话框，等待出现 如图所示【分析作业监视器】对话框的列表框中出现【solution_1完成】提示信息，即可关闭信息窗口。
第20页，共64页。
（6）后处理，结果查看
o 可以在窗口上选择【编辑后处理视图】命令： 可以对后处理中的【显 示】、【图例】、【文 本】等选项进行相关参 数的编辑
第25页，共64页。
5）标识操作
o 通过在窗口菜单上选择【标识】命令，或者右击【Post View 1】选择此命令，弹出【标识】对话 框：
在【标识】对话框的【选择】 文本中即可显示【最小】 (Min)、【最大】(Max)、【总 和】(Sum)及【平均值】(Avg) 等指标值
固定面/联接面
四周刃口
工作面
第3页，共64页。
材料参数表
第4页，共64页。
1.1.3 问题分析
本实例施加在刃口的静力载荷为15KN，并且视为沿着刃口边界线均匀分布。
模具刃口是关键部位，为了提高其刃口变形和应力的分析精度，需要对冲头四周刃口部位进行细化 网格的操作。
由于UG NX自带的材料库中没有牌号为Cr12MoV的材料，所以在本实例分析时需要进行自定 义材料的操作。
选择材料
单击【创建】
第44页，共64页。
单击【确定】
4)定义网格属性
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】对话框
选择物理属性
单击【确定】
第45页，共64页。
5)划分网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格击
【新FEM】
第7页，共64页。
单击确定
弹出【新建FEM】对话框
仿真导航器新出现的节点
单击确定
第8页，共64页。
（2）创建有限元模型
自定义材料
创建物理属性 网格属性定义
划分网格
第9页，共64页。
1)自定义材料
单击工具栏中的【指派材料】图标，弹出【指派材料】对话框，选择对象、输入相关参数。
啮合区域A
啮合区域B
件1
件2
第37页，共64页。
材料参数表
第38页，共64页。
1.2.3 问题分析
主要分析齿轮啮合区域在承受离心力和扭矩载荷共同作用下的位移及应力情况。 将非线性模拟成线性关系来计算，其计算结果和实际结果有差距。
创建FEM装配及设置面面接触的参数是本实例中整个分析过程的重要内容。
1.1 UG NX有限元入门实例1—零件受力分析 本小节主要内容： 基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
第1页，共64页。
1.1.1基础知识
。 有限元的操作流程及相关文件、命令的意义
第2页，共64页。
1.1.2 问题描述
如图所示为冲床上使用的冲头零件，材料为模具钢高合金钢（牌号为Cr12MoV），工作 时内侧四周刃口承受 10 KN的动态冲裁力，需要分析变形区域的位移分布，以及最大位 移变形量、变形区域上的最大冯氏（Von Mises）应力，并估算该零件设计的安全工作 系数。
o 双击仿真导航器窗口分级树中出现的【结果】节点，切换到【后处理导航器】窗口，点击分级树中的 【Solution 1】节点，打开【位移-节点的】前面的加号（+）： 双击
Z向位移 云图
第21页，共64页。
1）云图查看
幅值位移云图
Von Mises 云图
第22页，共64页。
2）【Minimum】及【Maximum】值标注
（3）建立仿真模型
o 在【仿真导航器】窗口单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【新建仿真】命令，创建 【新建仿真】及【创建解算方案】；
o 弹出【新建FEM】对话框，默认【求解器】和【分析类型】中的选项，单击【确定】按钮，即可进入创建有
限元模型的环境。
第42页，共64页。
2）定义材料属性
o 单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指定材料】对话框：
设置相关参数
第43页，共64页。
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
单击确定
第46页，共64页。
6)新建【Gear2】FEM模型
选取Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch01_Gears中从动齿轮模型【Gear2】，单击【确定】
按钮。后面的操作方面与主动齿轮1的操作方法一样
【gear2】网格划分后示意图
仿真导航器新增节点
第47页，共64页。
第26页，共64页。
6）新建路径
右击【后处理导航器】中的【Post View 1】选择【新建路径】命令：
设置参数
拾取路径
第27页，共64页。
7）新建图标
右击【Post View 1】选择【新建图表】命令，弹出【图表】对话框： 默认所有 参数
单击确定
特征边缘的路径 图表
第28页，共64页。
8）后处理的其他显示模式：条纹显示
第49页，共64页。
2）装配组件
o 通过移动和旋转等动态操作方法，将齿轮组装配成啮合状态；
装配组件效果 示意图
两处啮合
第50页，共64页。
3）装配标签管理
o 单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【装配标签管理器】命令跳出【装配标签管理器】对话框；
单击该命令
单击确定
第51页，共64页。
o 定义材料属性
o 创建物理属性 o 定义网格属性 o 划分网格
o 新建【Gear2】FEM模型
第41页，共64页。
1）新建【Gear1】FEM模型
o 调出主动齿轮模型，其名称为【Gear1】。
o 依次左键单击【开始】和【高级仿真】，在【仿真导航器】中单击【Gear1.prt】节点，右键单击出现的 【新建FEM】选项，弹出【新建部件文件】对话框，在【新文件名】下面的【名称】选项中将【fem1.fem】 修改为【Gear1_fem1.fem】，通过单击图标，选择本实例高级仿真相关数据存放的【文件夹】，单击【确定】 按钮。
本小节主要内容：
基础知识 问题描述 问题分析
操作步骤 本节小结
第35页，共64页。
1.2.1基础知识
在NX Nastran中定义装配模型中不同部件几何体之间的网格连接和接触方式有：
（1）非关联FEM装配模型方法; （2）关联FEM装配模型方法; （3）不管采用非关联FEM装配模型，还是关联FEM装配模型，不同几何体单元之间的连接方
第5页，共64页。
1.1.4 操作步骤
创建有限元模型的解算方案
创建有限元模型 分析单元质量 创建仿真模型
求解仿真模型
后处理，结果查看
第6页，共64页。
（1）创建有限元模型的解算方案
调出冲头三维实体主模型。依次左键单击主菜单中的【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导 航器】窗口分级树中进行如下操作：
o 双击【后处理导航器】下【应力-单元节点的】的【最大主应力】子节点：
【最大主应力】位移 云图；【Minimum】 及【Maximum】值
第23页，共64页。
3）新建注释
o 在工具栏上单击【新建注释】图标，弹出【注释】对话框：
显示任意一个单元上节 点的应力值大小
第24页，共64页。
4）后处理视图
设置相关参数
网格划分后示意图
单击确定
第14页，共64页。
（3）分析单元质量
o 单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】对话框：
设置相 关参数
第15页，共64页。
（4）创建仿真模型
o 单击【仿真导航器】窗口的分级树中，选中【Stamping parts_fem1.fem】节点，单击右键 弹出快捷菜单，单击【新建仿真】命令，弹出【新建部件文件】对话框，弹出【新建部件文 件】对话框，在【名称】文本框中输入【Stampingparts_sim1.sim】, 选择本实例高级仿真相 关数据存放的【文件夹】，单击【确定】按钮，弹出【新建仿真】对话框。
选择物理属性
单击【确定】
第12页，共64页。
4)划分网格
单击菜单栏中的【插入】按钮，选择【网格】命令，单击【网格控件】，弹出【网格控件】对话框：
仿真导航器新增节点 设置相关参数
选取16条刀刃边 使用过滤器
过滤器选项
单击确定
第13页，共64页。
4)划分网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框
（2）建立FEM装配模型
o 返回至高级仿真的初始界面,新建【Gears.prt】模型，新建【Gears.prt】装配FEM模型：
默认参数单击确定
第48页，共64页。
1）添加组件
o 在【仿真导航器】窗口单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【加入已存的 组件】命令：
先选取1 再选取2 单击该命令
上述实例模型源文件和相应输出结果请参考随书光盘 Book_CD\Part\Part_CAE_finish\Ch01_Stamping parts文件夹中的相关文件，操作过 程的演示请参考影像文件Book_CD\AVI\Ch01_Stamping_AVI。
第33页，共64页。
1.1.5 本节小结
（1）本实例通过一个简单静力学案例介绍UG NX有限元分析的基本工作流程，对于初学者熟悉有 限元分析的工作流程，掌握利用有限元分析方法去解决工程实际问题并提高基本技能，在此基础 上，逐步去掌握有限元分析的理论知识、主要命令及其参数、其他类型解算功能等。
单击检查分析质量
可信度分析结果
第31页，共64页。
11）生成分析报告
在工具栏中选取【创建报告】图标，在【仿真导航器】窗口的分级树下面，新增了【报告】节点， 展开此节点可观察到各项子节点：
单击检查分析质量
第32页，共64页。
12）返回到建模模块
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口的显示模式，单击资源 条上【仿真导航器】图标，切换到仿真导航器窗口。
输入名称及 参数
单击【新建材料】
第10页，共64页。
单击【确定】
2)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
选择材料
单击【创建】
第11页，共64页。
单击【确定】
3)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】对话框
单击确定
第16页，共64页。
1）创建解算方案
o 弹出【解算方案】对话框：
设置相关参数
第17页，共64页。
2）施加边界约束
o 单击工具栏中【约束类型】中的【固定约束】命令，弹出【固定约束】对话框：
选择对象
2200222/21//212 /22
单击确定
新增节点
第18页，共64页。
3）施加载荷
o 单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形图标，单击其中的【力】图标，弹出【力】对话框：
（2）本实例重点介绍了有限元分析工作流程中的自定义新材料性能参数、细化网格单元大小和显 式解算结果等的基本操作和参数设置方法，另外，有关网格划分方法也是有限元分析的基本技能， 只有全面、系统地掌握这些基本技能，才能为后续章节内容的学习和提高有限元分析能力打下坚 实的基础。
第34页，共64页。
1.2 UG NX有限元入门实例2—组件受力分析
施加边界约束条件操作十分重要，涉及到圆柱坐标系与限制自由度的问题。
第39页，共64页。
1.2.4 操作步骤
建立齿轮副组件FEM模型
建立FEM装配模型 建立仿真模型
求解及其输出请求的设置 接触结果的查看
后处理，结果查看
第40页，共64页。
（1）建立齿轮副组件FEM模型
o 新建【Gear1】FEM模型
式主要包括网格配对、面对面粘合（胶合）和面对面接触等网格接触方式
第36页，共64页。
1.2.2 问题描述
如图所示为一对齿轮传动副，各个零件材料均为20CrMoH钢，其中件1为主动齿轮，件2 为从动齿轮。在传递动力时，件1主动齿轮角速度为500 rev/min,件2从动齿轮受到 100N.mm的扭矩，计算齿轮啮合区域（啮合区域有A、B二处，如图1-47 所示）最大的位 移变形量和冯氏应力值。
设置相 关参数
条纹显示云图
第29页，共64页。
9）等值线显示及特征显示
等值线显示云图
特征显示云图
第30页，共64页。
10）可信度分析
求解，待求解分析结束后，单击【分析作业监视器】下的【检查分析质量】，软件自动分析求解结果的 质量，并弹出相应的检测分析质量对话框：
设置相关参数
单击确定
第19页，共64页。
（5）求解仿真模型
p在仿真窗口中单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【求解】命令，弹出【求解】对话框，等待出现 如图所示【分析作业监视器】对话框的列表框中出现【solution_1完成】提示信息，即可关闭信息窗口。
第20页，共64页。
（6）后处理，结果查看
o 可以在窗口上选择【编辑后处理视图】命令： 可以对后处理中的【显 示】、【图例】、【文 本】等选项进行相关参 数的编辑
第25页，共64页。
5）标识操作
o 通过在窗口菜单上选择【标识】命令，或者右击【Post View 1】选择此命令，弹出【标识】对话 框：
在【标识】对话框的【选择】 文本中即可显示【最小】 (Min)、【最大】(Max)、【总 和】(Sum)及【平均值】(Avg) 等指标值
固定面/联接面
四周刃口
工作面
第3页，共64页。
材料参数表
第4页，共64页。
1.1.3 问题分析
本实例施加在刃口的静力载荷为15KN，并且视为沿着刃口边界线均匀分布。
模具刃口是关键部位，为了提高其刃口变形和应力的分析精度，需要对冲头四周刃口部位进行细化 网格的操作。
由于UG NX自带的材料库中没有牌号为Cr12MoV的材料，所以在本实例分析时需要进行自定 义材料的操作。
选择材料
单击【创建】
第44页，共64页。
单击【确定】
4)定义网格属性
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】对话框
选择物理属性
单击【确定】
第45页，共64页。
5)划分网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格击
【新FEM】
第7页，共64页。
单击确定
弹出【新建FEM】对话框
仿真导航器新出现的节点
单击确定
第8页，共64页。
（2）创建有限元模型
自定义材料
创建物理属性 网格属性定义
划分网格
第9页，共64页。
1)自定义材料
单击工具栏中的【指派材料】图标，弹出【指派材料】对话框，选择对象、输入相关参数。
啮合区域A
啮合区域B
件1
件2
第37页，共64页。
材料参数表
第38页，共64页。
1.2.3 问题分析
主要分析齿轮啮合区域在承受离心力和扭矩载荷共同作用下的位移及应力情况。 将非线性模拟成线性关系来计算，其计算结果和实际结果有差距。
创建FEM装配及设置面面接触的参数是本实例中整个分析过程的重要内容。
1.1 UG NX有限元入门实例1—零件受力分析 本小节主要内容： 基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
第1页，共64页。
1.1.1基础知识
。 有限元的操作流程及相关文件、命令的意义
第2页，共64页。
1.1.2 问题描述
如图所示为冲床上使用的冲头零件，材料为模具钢高合金钢（牌号为Cr12MoV），工作 时内侧四周刃口承受 10 KN的动态冲裁力，需要分析变形区域的位移分布，以及最大位 移变形量、变形区域上的最大冯氏（Von Mises）应力，并估算该零件设计的安全工作 系数。
o 双击仿真导航器窗口分级树中出现的【结果】节点，切换到【后处理导航器】窗口，点击分级树中的 【Solution 1】节点，打开【位移-节点的】前面的加号（+）： 双击
Z向位移 云图
第21页，共64页。
1）云图查看
幅值位移云图
Von Mises 云图
第22页，共64页。
2）【Minimum】及【Maximum】值标注
（3）建立仿真模型
o 在【仿真导航器】窗口单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【新建仿真】命令，创建 【新建仿真】及【创建解算方案】；
o 弹出【新建FEM】对话框，默认【求解器】和【分析类型】中的选项，单击【确定】按钮，即可进入创建有
限元模型的环境。
第42页，共64页。
2）定义材料属性
o 单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指定材料】对话框：
设置相关参数
第43页，共64页。
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
单击确定
第46页，共64页。
6)新建【Gear2】FEM模型
选取Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch01_Gears中从动齿轮模型【Gear2】，单击【确定】
按钮。后面的操作方面与主动齿轮1的操作方法一样
【gear2】网格划分后示意图
仿真导航器新增节点
第47页，共64页。
第26页，共64页。
6）新建路径
右击【后处理导航器】中的【Post View 1】选择【新建路径】命令：
设置参数
拾取路径
第27页，共64页。
7）新建图标
右击【Post View 1】选择【新建图表】命令，弹出【图表】对话框： 默认所有 参数
单击确定
特征边缘的路径 图表
第28页，共64页。
8）后处理的其他显示模式：条纹显示
第49页，共64页。
2）装配组件
o 通过移动和旋转等动态操作方法，将齿轮组装配成啮合状态；
装配组件效果 示意图
两处啮合
第50页，共64页。
3）装配标签管理
o 单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【装配标签管理器】命令跳出【装配标签管理器】对话框；
单击该命令
单击确定
第51页，共64页。
o 定义材料属性
o 创建物理属性 o 定义网格属性 o 划分网格
o 新建【Gear2】FEM模型
第41页，共64页。
1）新建【Gear1】FEM模型
o 调出主动齿轮模型，其名称为【Gear1】。
o 依次左键单击【开始】和【高级仿真】，在【仿真导航器】中单击【Gear1.prt】节点，右键单击出现的 【新建FEM】选项，弹出【新建部件文件】对话框，在【新文件名】下面的【名称】选项中将【fem1.fem】 修改为【Gear1_fem1.fem】，通过单击图标，选择本实例高级仿真相关数据存放的【文件夹】，单击【确定】 按钮。
本小节主要内容：
基础知识 问题描述 问题分析
操作步骤 本节小结
第35页，共64页。
1.2.1基础知识
在NX Nastran中定义装配模型中不同部件几何体之间的网格连接和接触方式有：
（1）非关联FEM装配模型方法; （2）关联FEM装配模型方法; （3）不管采用非关联FEM装配模型，还是关联FEM装配模型，不同几何体单元之间的连接方
第5页，共64页。
1.1.4 操作步骤
创建有限元模型的解算方案
创建有限元模型 分析单元质量 创建仿真模型
求解仿真模型
后处理，结果查看
第6页，共64页。
（1）创建有限元模型的解算方案
调出冲头三维实体主模型。依次左键单击主菜单中的【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导 航器】窗口分级树中进行如下操作：
o 双击【后处理导航器】下【应力-单元节点的】的【最大主应力】子节点：
【最大主应力】位移 云图；【Minimum】 及【Maximum】值
第23页，共64页。
3）新建注释
o 在工具栏上单击【新建注释】图标，弹出【注释】对话框：
显示任意一个单元上节 点的应力值大小
第24页，共64页。
4）后处理视图
设置相关参数
网格划分后示意图
单击确定
第14页，共64页。
（3）分析单元质量
o 单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】对话框：
设置相 关参数
第15页，共64页。
（4）创建仿真模型
o 单击【仿真导航器】窗口的分级树中，选中【Stamping parts_fem1.fem】节点，单击右键 弹出快捷菜单，单击【新建仿真】命令，弹出【新建部件文件】对话框，弹出【新建部件文 件】对话框，在【名称】文本框中输入【Stampingparts_sim1.sim】, 选择本实例高级仿真相 关数据存放的【文件夹】，单击【确定】按钮，弹出【新建仿真】对话框。
选择物理属性
单击【确定】
第12页，共64页。
4)划分网格
单击菜单栏中的【插入】按钮，选择【网格】命令，单击【网格控件】，弹出【网格控件】对话框：
仿真导航器新增节点 设置相关参数
选取16条刀刃边 使用过滤器
过滤器选项
单击确定
第13页，共64页。
4)划分网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框
（2）建立FEM装配模型
o 返回至高级仿真的初始界面,新建【Gears.prt】模型，新建【Gears.prt】装配FEM模型：
默认参数单击确定
第48页，共64页。
1）添加组件
o 在【仿真导航器】窗口单击【Gears_assyfem1.afm】节点，右键单击弹出的【加入已存的 组件】命令：
先选取1 再选取2 单击该命令
上述实例模型源文件和相应输出结果请参考随书光盘 Book_CD\Part\Part_CAE_finish\Ch01_Stamping parts文件夹中的相关文件，操作过 程的演示请参考影像文件Book_CD\AVI\Ch01_Stamping_AVI。
第33页，共64页。
1.1.5 本节小结
（1）本实例通过一个简单静力学案例介绍UG NX有限元分析的基本工作流程，对于初学者熟悉有 限元分析的工作流程，掌握利用有限元分析方法去解决工程实际问题并提高基本技能，在此基础 上，逐步去掌握有限元分析的理论知识、主要命令及其参数、其他类型解算功能等。
单击检查分析质量
可信度分析结果
第31页，共64页。
11）生成分析报告
在工具栏中选取【创建报告】图标，在【仿真导航器】窗口的分级树下面，新增了【报告】节点， 展开此节点可观察到各项子节点：
单击检查分析质量
第32页，共64页。
12）返回到建模模块
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口的显示模式，单击资源 条上【仿真导航器】图标，切换到仿真导航器窗口。
输入名称及 参数
单击【新建材料】
第10页，共64页。
单击【确定】
2)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
选择材料
单击【创建】
第11页，共64页。
单击【确定】
3)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】对话框
单击确定
第16页，共64页。
1）创建解算方案
o 弹出【解算方案】对话框：
设置相关参数
第17页，共64页。
2）施加边界约束
o 单击工具栏中【约束类型】中的【固定约束】命令，弹出【固定约束】对话框：
选择对象
2200222/21//212 /22
单击确定
新增节点
第18页，共64页。
3）施加载荷
o 单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形图标，单击其中的【力】图标，弹出【力】对话框：
（2）本实例重点介绍了有限元分析工作流程中的自定义新材料性能参数、细化网格单元大小和显 式解算结果等的基本操作和参数设置方法，另外，有关网格划分方法也是有限元分析的基本技能， 只有全面、系统地掌握这些基本技能，才能为后续章节内容的学习和提高有限元分析能力打下坚 实的基础。
第34页，共64页。
1.2 UG NX有限元入门实例2—组件受力分析
施加边界约束条件操作十分重要，涉及到圆柱坐标系与限制自由度的问题。
第39页，共64页。
1.2.4 操作步骤
建立齿轮副组件FEM模型
建立FEM装配模型 建立仿真模型
求解及其输出请求的设置 接触结果的查看
后处理，结果查看
第40页，共64页。
（1）建立齿轮副组件FEM模型
o 新建【Gear1】FEM模型
式主要包括网格配对、面对面粘合（胶合）和面对面接触等网格接触方式
第36页，共64页。
1.2.2 问题描述
如图所示为一对齿轮传动副，各个零件材料均为20CrMoH钢，其中件1为主动齿轮，件2 为从动齿轮。在传递动力时，件1主动齿轮角速度为500 rev/min,件2从动齿轮受到 100N.mm的扭矩，计算齿轮啮合区域（啮合区域有A、B二处，如图1-47 所示）最大的位 移变形量和冯氏应力值。