24_UG声振基础案例_沈春根-免费分享
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1_UG有限元难理解术语及其应用NO1_沈春根
还可以来定义蛛网单元， 以对销或螺栓建模、分布 质量、分布载荷或约束， 或定义用于柔性体分析的
连接点；
1D连接替代 销轴连接
3.2、 1D连接 – 操作类型
同时支持基于几何体的连接和基于 FEM 的连接，基于几何体的连接类 型包括： 点到点（几何体） 节点到节点（FEM）
点到边
点到面 边到边
右键单击该1D单元网格，编辑网格相关数据，以编 辑网格中 RBE3 节点的自由度； 可以在任意两个面之间创建此类网格配对条件，而 不必关心它们的相对位置。
2.5 网格配对- 自由重合及作用
源面和目标面上的网格具有相同的单元几何类型；
在源面和目标面之间的接触处有重复节点； 自由重合条件对于调整有滑动趋势的面对面接触 问题很有用；
2.2 网格配对- 类型
粘连重合：在源面和目标面之 间进行几何体和网格匹配； 粘连非重合：在源面和目标面 上的网格之间创建连接； 自由重合：将使源面和目标面 上的网格相互对齐，并在网格 之间不创建任何连接。
2.3 网格配对- 粘结重合及作用
如果源面和目标面在几何结构上是相同的，则将 合并这两个面，创建一个由两个体共享的单个面； 如果这两个面在几何结构上不尽相同，将在这两
5、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2010；
UG NX8.5有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2016；
UG有限元教学 – 系列专题1
UG NX 有限元 难理解术语及其应用-NO1
江苏大学 沈春根 2011年元月 第1版
2015年元月 第3版
目录
仿真坐标系
连接点；
1D连接替代 销轴连接
3.2、 1D连接 – 操作类型
同时支持基于几何体的连接和基于 FEM 的连接，基于几何体的连接类 型包括： 点到点（几何体） 节点到节点（FEM）
点到边
点到面 边到边
右键单击该1D单元网格，编辑网格相关数据，以编 辑网格中 RBE3 节点的自由度； 可以在任意两个面之间创建此类网格配对条件，而 不必关心它们的相对位置。
2.5 网格配对- 自由重合及作用
源面和目标面上的网格具有相同的单元几何类型；
在源面和目标面之间的接触处有重复节点； 自由重合条件对于调整有滑动趋势的面对面接触 问题很有用；
2.2 网格配对- 类型
粘连重合：在源面和目标面之 间进行几何体和网格匹配； 粘连非重合：在源面和目标面 上的网格之间创建连接； 自由重合：将使源面和目标面 上的网格相互对齐，并在网格 之间不创建任何连接。
2.3 网格配对- 粘结重合及作用
如果源面和目标面在几何结构上是相同的，则将 合并这两个面，创建一个由两个体共享的单个面； 如果这两个面在几何结构上不尽相同，将在这两
5、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2010；
UG NX8.5有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2016；
UG有限元教学 – 系列专题1
UG NX 有限元 难理解术语及其应用-NO1
江苏大学 沈春根 2011年元月 第1版
2015年元月 第3版
目录
仿真坐标系
23_UG响应仿真SOL109应用V1_沈春根
时间 /S
0 0.05 0.1 0.2
力 /N
0 10 1 0
阻尼
0 0.04 0.04 0
2.0、 直接瞬态响应分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 在解算步骤设置时间步参数；
如果不关注分析模 型的模态和固有频 率，则前3个步骤可 以省略！
4.1、说明-拓展1
可以在同一个*.sim文件下、分别建立SOL109和 SOL112解算方案，设置同样的扰动力和阻尼值，
来比较解算结果；
比较两个解算方案，定义阻尼值的操作有何区别？
简化操作，可以不采用SOL103实特征值解算方
案步骤。
4.2、说明- 拓展2
在掌握本仿真操作流程的基础上，可以改变ห้องสมุดไป่ตู้（包
UG NX有限元培训 – 专题23
UG NX有限元分析 直接瞬态响应仿真（SOL109应用）
江苏大学 沈春根
2017年10月第1版
已基本掌握SOL103操作
目录
直接瞬态响应实例的条件和 要求； 直接瞬态实例的步骤和参数设置； 直接瞬态响应实例的结果和评价； 直接瞬态响应实例的补充和说明；
括力函数）、时间（包括时间步参数）、阻尼大小 （包括函数阻尼）等变量，来研究上述变量的变化对 输出响应（变形和应力）的影响规律； 虽然0.2s后冲击力为0，但由于阻尼的存在，到接近 0.22s时，应力和变形位移衰减至0； 阻尼值（包括结构阻尼和粘滞阻尼）对振动响应幅 值和相移的影响很大，值得重视。
建立SOL109解算方案（也可以直接定义阻尼值）；
编辑解算方案，设置阻尼值大小；
定义边界约束、定义动态作用力； 求解并查看结果。
0 0.05 0.1 0.2
力 /N
0 10 1 0
阻尼
0 0.04 0.04 0
2.0、 直接瞬态响应分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 在解算步骤设置时间步参数；
如果不关注分析模 型的模态和固有频 率，则前3个步骤可 以省略！
4.1、说明-拓展1
可以在同一个*.sim文件下、分别建立SOL109和 SOL112解算方案，设置同样的扰动力和阻尼值，
来比较解算结果；
比较两个解算方案，定义阻尼值的操作有何区别？
简化操作，可以不采用SOL103实特征值解算方
案步骤。
4.2、说明- 拓展2
在掌握本仿真操作流程的基础上，可以改变ห้องสมุดไป่ตู้（包
UG NX有限元培训 – 专题23
UG NX有限元分析 直接瞬态响应仿真（SOL109应用）
江苏大学 沈春根
2017年10月第1版
已基本掌握SOL103操作
目录
直接瞬态响应实例的条件和 要求； 直接瞬态实例的步骤和参数设置； 直接瞬态响应实例的结果和评价； 直接瞬态响应实例的补充和说明；
括力函数）、时间（包括时间步参数）、阻尼大小 （包括函数阻尼）等变量，来研究上述变量的变化对 输出响应（变形和应力）的影响规律； 虽然0.2s后冲击力为0，但由于阻尼的存在，到接近 0.22s时，应力和变形位移衰减至0； 阻尼值（包括结构阻尼和粘滞阻尼）对振动响应幅 值和相移的影响很大，值得重视。
建立SOL109解算方案（也可以直接定义阻尼值）；
编辑解算方案，设置阻尼值大小；
定义边界约束、定义动态作用力； 求解并查看结果。
34_UG声学边界元基础案例_沈春根
UG NX有限元培训 – 专题34
NX有限元分析 声学基础案例
（基于 Simcenter Acoustic BEM，NX12.0及以上版本）
江苏大学 沈春根
2020年2月 第1版
了解声学基础知识; 熟悉NX仿真流程。
0.1 Simcenter Acoustics BEM基本概念
使用边界元法 (BEM) 的 Simcenter Acoustics BEM 求解器 环境可以对内部和外部的声学与声振问题进行求解。
打开新建FEM对话框，默认求解器 Simcenter Acoustics BEM，分析 类型：直接声学，确定-进入FEM 环境；
Step1.2 划分2D网格（作为声波传递到潜水器模型的边界）
OR
2D网格-单元类型：TRI3 Acoustic，单元 大小150mm，默认网格收集器，确定；
注意，单元大小也可以输入函数式，括号 内的数值和分析频率最大值有关；
可以计算不同声源产生的声压大小（或者功率大小）、 不同的声源距离，对壳体表面声压的变化；
如果声源所处的方位变化，比如和X轴成45度的角度，可 以计算相应的声压分布变化。
5. 总结和说明
建议进一步了解术语和关键词：BEM(边界元)、直接 /间接声学、网格体素、声学流体及其属性、定义声学 材料的参数（比如水、空气）、定义单元大小函数、 声波源类型、声波指向性（指向极坐标图的含义）、 声压级、麦克风（传感器）网格、吸声器（材料）等。
求解声波传递至潜水器壳体表 面的最大声压级（dB）;
画出250Hz和1000Hz下的声 波指向图（方向性分析图）；
分析频率为250、500、750、 1000Hz等4个频率。
Step1.1：构建CAD模型，新建FEM文件
NX有限元分析 声学基础案例
（基于 Simcenter Acoustic BEM，NX12.0及以上版本）
江苏大学 沈春根
2020年2月 第1版
了解声学基础知识; 熟悉NX仿真流程。
0.1 Simcenter Acoustics BEM基本概念
使用边界元法 (BEM) 的 Simcenter Acoustics BEM 求解器 环境可以对内部和外部的声学与声振问题进行求解。
打开新建FEM对话框，默认求解器 Simcenter Acoustics BEM，分析 类型：直接声学，确定-进入FEM 环境；
Step1.2 划分2D网格（作为声波传递到潜水器模型的边界）
OR
2D网格-单元类型：TRI3 Acoustic，单元 大小150mm，默认网格收集器，确定；
注意，单元大小也可以输入函数式，括号 内的数值和分析频率最大值有关；
可以计算不同声源产生的声压大小（或者功率大小）、 不同的声源距离，对壳体表面声压的变化；
如果声源所处的方位变化，比如和X轴成45度的角度，可 以计算相应的声压分布变化。
5. 总结和说明
建议进一步了解术语和关键词：BEM(边界元)、直接 /间接声学、网格体素、声学流体及其属性、定义声学 材料的参数（比如水、空气）、定义单元大小函数、 声波源类型、声波指向性（指向极坐标图的含义）、 声压级、麦克风（传感器）网格、吸声器（材料）等。
求解声波传递至潜水器壳体表 面的最大声压级（dB）;
画出250Hz和1000Hz下的声 波指向图（方向性分析图）；
分析频率为250、500、750、 1000Hz等4个频率。
Step1.1：构建CAD模型，新建FEM文件
声与振动基础 PPT课件.ppt
第二节 声压的基本概念
➢为了进一步定量研究声波的各种性质， 就需要确定用什么物理量来描述声波过 程，我们知道，连续媒质可以看作是有 许多紧密相连的微小体积元dv组成的物 质系统，这样体积元内的媒质就可以当 作集中在一点，质量等于ρv的质点来处 理，ρ是媒质的密度，但这种质点与刚性 质点不同，因为密度是随时间和坐标而 变化的量。
图1-8 室内声音传播示意图
• 总之，声学是一门与人类生活、生产 和社会活动息息相关的学科，它包含 了科学的、技术的和艺术的内容，是 一门交叉渗透性非常强的学科。交叉 的结果实现了声学的各种各样的分支 学科，也必将在今后的科技发展中发 挥更大的作用。
主要内容
第一章 绪论 第二章 声波的基本性质及传播特性
第一节 声学研究的发展概况
• 现代声学最初发展的分支就是建筑声学和电声学以及 相应的电声测量；以后，随着频率研究范围的扩展， 又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步 研究听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言 和通信广播的研究，发展了语言声学。第二次世界大 战中，开始把超声广泛地用到水下探测，促进了水声 学的发展。与其他学科结合，形成了许多交叉学科。
方程、定律 描述声学现象
发现新的 声学现象
发展新的 预测理论
声学的生命力在于其科学的物理基础
（1）声波的产生机制
• 声学首先要研究的是声波的产生。振动 学是研究声源的理论基础。
• 声学所研究的简谐振动及其在各种物质 中传播的属性是物理学的本质之一。
• 从伽利略的工作到胡克定律的发现，都 是振动学的实验研究。
• 20世纪60年代前后，“噪声控制”作为一门独 特的学科从建筑声学中分离出来，得到迅速发 展，是当前研究的前沿热点之一。
11_UG NX有限元对称零件分析实例_沈春根-免费分享
建立对称约束； 建立其他约
束条件； 施加轴承载
荷；
1.5实例1-对称约束-约束模型和结果
内孔 固定
轴承 载荷
对称 约束
和全模型做 对比分析
2.0.1 轴对称分析-基础知识1
旋转体零件且施加载荷和约束仅为径向和轴向（即 没有相切分量）时，即可采用轴对称分析方法；
非常适合回转轴、压力容器等旋转零件； 操作时，在轴侧的剖切平面上创建有限元模型，大
பைடு நூலகம்
两侧内 孔固定
承受轴 承力载
荷
当零件的结构是对称 的，且包含对称的约 束条件和载荷，则可 以通过将模型切割成 一半，仅分析一半模 型来简化问题。
1.2实例1-对称约束-在理想化中拆分体
1.3实例1-对称约束-处理FEM模型
隐藏一半的多边形体； 赋予材料、物理和网
格属性； 网格划分；
1.4实例1-对称约束-处理SIM模型
2.5 实例2- 进行2D网格划分，并定义材料属性
默认即可
2.6 实例2- 新建仿真、解算方案和施加条件
2.7 实例2-结果显示
剖面结果显示
3D轴对称显示
内压均 布10MP
轴端棱 边固定
2.2 实例2- 新建FEM，选择轴对称结构类型
2.3 实例2- 切换到理想化环境提升体、拆分体
检查模型的 Z轴为对称 轴，否则对 模型进行变
换。
2.4 实例2-切换到FEM模型
步骤2： 选中一个剖面， 通过仅显示，显 示其片体。
步骤1： 检查仿真导航
器各个节点的 变化； 同时隐藏一半 的几何体。
UG NX有限元教学和培训 – 专题11
UG NX有限元分析 常见对称零件分析和应用
束条件； 施加轴承载
荷；
1.5实例1-对称约束-约束模型和结果
内孔 固定
轴承 载荷
对称 约束
和全模型做 对比分析
2.0.1 轴对称分析-基础知识1
旋转体零件且施加载荷和约束仅为径向和轴向（即 没有相切分量）时，即可采用轴对称分析方法；
非常适合回转轴、压力容器等旋转零件； 操作时，在轴侧的剖切平面上创建有限元模型，大
பைடு நூலகம்
两侧内 孔固定
承受轴 承力载
荷
当零件的结构是对称 的，且包含对称的约 束条件和载荷，则可 以通过将模型切割成 一半，仅分析一半模 型来简化问题。
1.2实例1-对称约束-在理想化中拆分体
1.3实例1-对称约束-处理FEM模型
隐藏一半的多边形体； 赋予材料、物理和网
格属性； 网格划分；
1.4实例1-对称约束-处理SIM模型
2.5 实例2- 进行2D网格划分，并定义材料属性
默认即可
2.6 实例2- 新建仿真、解算方案和施加条件
2.7 实例2-结果显示
剖面结果显示
3D轴对称显示
内压均 布10MP
轴端棱 边固定
2.2 实例2- 新建FEM，选择轴对称结构类型
2.3 实例2- 切换到理想化环境提升体、拆分体
检查模型的 Z轴为对称 轴，否则对 模型进行变
换。
2.4 实例2-切换到FEM模型
步骤2： 选中一个剖面， 通过仅显示，显 示其片体。
步骤1： 检查仿真导航
器各个节点的 变化； 同时隐藏一半 的几何体。
UG NX有限元教学和培训 – 专题11
UG NX有限元分析 常见对称零件分析和应用
20_UG响应仿真SOL111应用_沈春根
所需模态有频率大小
基本确定：扫频的最 大频率为7200Hz， 最小频率200Hz。
1.3、 新建SOL111解算方案和解算步骤
1.4 设置扫频频率的类型和参数 ，并添加到列表中
1.5 设置阻尼值的数据类型（表数据）
用于固定阻尼值 的填写； 也可以用于非恒 定值的填写；
UG NX有限元培训 – 专题20
UG NX有限元分析
响应仿真（SOL111应用）
江苏大学 沈春根
2017年10月第1版
内部教学，请勿外传
0.1、 频率响应（扫频）分析的情况简介
此棱边 固定 模型的结 构阻尼值： 0.04 棱边Z向，承 受一个频率函 数的扰动力
该A点的 应力响应？
该B点的 位移响应？
0.2、 频响分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 建立SOL111解算方案和解算步骤； 设置扫频频率类型和范围；
设置阻尼值类型和参数；
定义边界约束； 求解并查看结果。
1.1、建立fem、sim和SOL103实特征值解算方案
1.6、施加约束
此棱边 全固定
1.7、施加力载荷（表格式数据）
此为连 续规律 的数据
此为不连续或 者离散规律的 数据
1.7、 扰动力的规律和数据填写
扰动力的描述： 随着激励频率从200 至7200Hz，其大小 从1N增加到5N，增 加规律服从线性插 补。
1.8、 求解并查看结果
1.8.1、查看：扰动频率250Hz的变形和应力云图
1.8.2、新建图表，查看A点应力响应的方法
选定 A点
类型： 应力
频率 范围
UG有限元0D1D2D实例_沈春根
1D网格对话框中，尽量勾选合并节点选项； 如果出现重复节点，计算后无法出现结果。
2、步骤11 –新建SIM、添加重力载荷、施加4个撑脚 的固定约束
注意重力 方向！
2、步骤12-计算并查看应力和变形结果
整体应 力云图
撑脚应 力云图
3.1、总结1：思考以下问题
网格配对类型为何采用了自由重合方式？ 本实例1D连接类型使用了RBE3，为何不用RBE2？ 如果撑脚1D梁单元和底板2D单元不进行节点检查和 合并操作，为何无法计算出结果？ 请克隆计算方案，改变0D单元载荷大小并重新计算， 可以研究不同重量对整体结构变形和应力的影响规律。
重物为模拟发动机等 承重体，和底板若干点 进行联接并传递重力；
所有材料为steel；
在顶部载荷作用下， 分析整个结构的变形和
应力分布；
分析撑脚的受力状况。 撑脚4个，截面 25×25，厚3； 底板1个， 厚3； 重物1个，质 量为100kg；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 实例介绍 – 练习目的
构建待分析的装配模型，为简化问题，不分析 底板和撑脚重量对整个结构的重力效应； 在FEM中将重物简化为0D单元；撑脚简化为 1D梁单元；底板简化为2D单元； 本实例要点：一是如何构建0D单元？二是0D单 元如何和底板2D单元上若干个点联接起来？
建方法，模拟实物和实际情况有所区别的；
比如撑脚和底板是面面接触，撑脚简化为1D形成
了点接触，造成了底板四个角处发生应力集中； 比如重物和底板接触面比较大的，采用了若干点的 1D连接，显然分析的效果和实际有出入的； 根据上述的启发，建议改进模型并进行分析。
4、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析刘兵华1 席燕辉2(1.延锋汽车饰件系统(长沙)有限公司 湖南长沙 410000;2.长沙理工大学 湖南长沙 410114)摘要： 超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件，在塑料超声波焊接加工中，常常把变幅杆与焊接工具设计在一起，即业内通俗说的超声波变幅杆焊头。
该文结合实际应用情况，通过理论计算得到阶梯形变幅杆焊头的几何模型，并基于Ansys Workbench 分析软件对阶梯形变幅杆焊头进行模态分析和谐响应分析，获得了阶梯形变幅杆放大系数、截面突变处的过渡圆弧与最大应力的变化规律，为阶梯形复合变幅杆焊头的设计提供了参考，优化设计的阶梯形变幅杆焊头工作性能得到大幅度提升。
关键词： 阶梯形 变幅杆焊头 有限元 模态分析中图分类号： TG663文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)10-0071-05Design and Performance Analysis of the Stepped Horn WeldingHead Based on Ultrasonic Vibration MachiningLIU Binghua 1 XI Yanhui 2(1.Yanfeng Automotive Trim Systems (Changsha) Co., Ltd., Changsha, Huhan Province, 410000 China;2.Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hunan Province, 410114 China)Abstract: The ultrasonic horn is an important part of the ultrasonic vibration system in the ultrasonic vibration composite processing technology. In the plastic ultrasonic welding process, the horn and welding tools are often de‐signed together, and that is commonly known as the ultrasonic horn welding head. Combined with the actual ap‐plication situation, this paper obtains the geometric model of the stepped horn welding head through theoretical calculation, conducts the modal analysis and harmonious response analysis of the stepped horn welding head based on Ansys Workbench analysis software, and obtains the variation law of the amplification coefficient, transition arc at the abrupt change of cross-section and maximum stress of the stepped horn, which provides reference for the design of the stepped horn welding head. The working performance of the stepped horn welding head that is optimally designed has been greatly improved.Key Words: Stepped; Horn welding head; Finite element; Modal analysis超声振动加工是一种重要的特种加工技术，其中超声振动系统是超声加工的核心部分，由换能器、变幅杆、工具等构成。
UGNX有限元单元质量检查_沈春根
2.3 单元质量检查 – 检查指标（用户可控）2
2.4 单元质量检查 – 指标举例-宽高比
宽高比：检查测量单元长度与其宽度的比率。 四面体单元宽高比：采用的比率是顶点高度与相 对面的面积平方根的比率。 宽高比 = Max(cf(hi)/sqrt(Ai))，其中 i = 1,2,3,4。 最大高度与面积之比的值乘以一个因子 cf = 0.805927，就是等边四面体的高度与边长之比， 其结果就是宽高比。
4.0 修复单元方法- 常见的有3种
方法1：分割单元（分割壳），使得单元类型更加简 单，比如对1个四边形单元分割成2个三角形单元，成
功率高得多。
方法2：拖动节点，重新定位模型中的个别节点位置， 改善单元形状的宽高比。
方法3：删除单元，重新手工划分更为简单类型的单
元，降低单元的阶次。
4.1 修复单元 – 分割壳类型和操作步骤
4.1.3 修复单元 – 分割壳示例3
分割的单元阶次越
低、数量越多，则 成功率越高！
将1个三角形单元 分割成2个三角形 单元
将1个三角形单元 分割成4个三角形 形单元
4.2 修复单元 – 拖动节点
拖动 方向
拖动 菜单→编辑→节点 →节点拖动 预览
4.3.1 修复单元 – 删除单元（第1步）
放大显示失 败单元
UG NX有限元培训 – 专题16
UG NX有限元分析 单元质量检查和简单修复
江苏大学 沈春根
分析→有限元模型检查
2017年5月第1版
→单元质量
目录
有限元模型检查的内容
单元质量检查和评价的指标 单元质量检查实例 不合格单元修复的基本方法
1.1 有限元模型检查 – 主要目的
22_UG响应仿真SOL108应用V1_沈春根-免费分享
1.8.1、查看：扰动频率250Hz的变形云图
1.8.2、查看：扰动频率250Hz的应力云图
1.8.3、新建图表，查看A点应力响应的方法
选定 A点
类型： 应力
频率 范围
1.8.3、新建图表，查看A点应力响应曲线
第1阶固有频率下应力响应的幅值最大！
1.8.4、新建图表，查看B点位移响应的方法
该A点的 应力响应？
该B点的 位移响应？
1.2、直接频率响应分析的条件和要求2
频率 /Hz
0 200 7200
力 /N
0 1 5
阻尼值
0 0.04 0.04
扫频范围：200-7200Hz,扫频增量值：50Hz.
0.2、 直接频响分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 建立SOL108解算方案和解算步骤； 设置扫频频率类型和范围；
1.6、施加约束
此棱边 全固定
1.7、施加力载荷（表格场数据）
此为连 续规律 的数据
此为不连续或 者离散规律的 数据
1.7、 扰动力的规律和数据填写
扰动力的描述： 随着激励频率从200 至7200Hz，其大小 从1N增加到5N，增 加规律服从线性插 补。
1.8、 求解并查看结果（应关注模态1的对应值）
如果不关注分析模 型的模态和固有频 率，则前3个步骤可 以省略！
定义边界约束、定义扰动力（频率函数）；
编辑解算方案，在参数中定义阻尼值； 求解并查看结果。
1.1、建立fem、sim和SOL103实特征值解算方案
所需模态 数量：6
1.2、查看模态振型和前6阶固有频率大小
基本确定：扫频的最 大频率为7200Hz， 最小频率200Hz。
26_UG非线性疲劳分析_沈春根
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.6 耐久性步骤-新建激励
全单位周期
3.7 耐久性步骤-求解、打开和查看结果
4.1疲劳耐久评判依据
4.2 疲劳耐久分析结果评判- 疲劳寿命
疲劳寿命：最小工 作周期为855次 <10000次,说明在设 定的交变应力作用 次数完成前，该零 件就会疲劳失效。
4.3 疲劳耐久分析结果评判- 疲劳安全系数
p 导体疲劳耐久性分析结果及评判方法；
1.1 疲劳耐久性分析的用途
p 用于在简单或复杂加载条件的累积效应下，对设计结构的强度及 其耐久性进行评估。
p UG 耐久性分析包括：强度分析和疲劳分析。 Ø 强度分析：用来评估结构是否可以瞬间承受对其施加的最大静态
或瞬态应力。此静态强度评估可用于确定是否需要进行疲劳计算。 例如，如果峰值应力超出材料的强度极限，则需要进行疲劳计算。 Ø 疲劳分析：用来根据应力或应变的时间历程来评估模型的疲劳强 度和疲劳寿命。
1.4 疲劳分析耐久分析流程-基于函数
p 加载或创建应力或应变历程的 AFU 函数； p 创建疲劳耐久性对象，定义疲劳寿命准则和用于
计算损伤命令的循环应力-应变模型； p 计算应力或应变历程引起的耐久性损伤。
1.5 疲劳分析耐久分析流程-定义S-N曲线
2.1 导体非线性静态分析（SOL106）
2.5 导体非线性静态分析（SOL106）
右击【Solution1】节点，单击【求解】后弹出【求解】 对话框，单击【确定】按钮即可进行仿真方案的解算。
2.6 导体非线性静态分析（SOL106）
非线性应力-单元-节点（Von Mises）
非线性应力-单元（ Von Mises ）
注：计算得到应力将应用于耐久性分析中载荷施加，应力结果影响强度安全系数
3.6 耐久性步骤-新建激励
全单位周期
3.7 耐久性步骤-求解、打开和查看结果
4.1疲劳耐久评判依据
4.2 疲劳耐久分析结果评判- 疲劳寿命
疲劳寿命：最小工 作周期为855次 <10000次,说明在设 定的交变应力作用 次数完成前，该零 件就会疲劳失效。
4.3 疲劳耐久分析结果评判- 疲劳安全系数
p 导体疲劳耐久性分析结果及评判方法；
1.1 疲劳耐久性分析的用途
p 用于在简单或复杂加载条件的累积效应下，对设计结构的强度及 其耐久性进行评估。
p UG 耐久性分析包括：强度分析和疲劳分析。 Ø 强度分析：用来评估结构是否可以瞬间承受对其施加的最大静态
或瞬态应力。此静态强度评估可用于确定是否需要进行疲劳计算。 例如，如果峰值应力超出材料的强度极限，则需要进行疲劳计算。 Ø 疲劳分析：用来根据应力或应变的时间历程来评估模型的疲劳强 度和疲劳寿命。
1.4 疲劳分析耐久分析流程-基于函数
p 加载或创建应力或应变历程的 AFU 函数； p 创建疲劳耐久性对象，定义疲劳寿命准则和用于
计算损伤命令的循环应力-应变模型； p 计算应力或应变历程引起的耐久性损伤。
1.5 疲劳分析耐久分析流程-定义S-N曲线
2.1 导体非线性静态分析（SOL106）
2.5 导体非线性静态分析（SOL106）
右击【Solution1】节点，单击【求解】后弹出【求解】 对话框，单击【确定】按钮即可进行仿真方案的解算。
2.6 导体非线性静态分析（SOL106）
非线性应力-单元-节点（Von Mises）
非线性应力-单元（ Von Mises ）
注：计算得到应力将应用于耐久性分析中载荷施加，应力结果影响强度安全系数
UG有限元1D梁实例_沈春根
2.3.2 、实例总结3 - 1D连接的作用
连接一个 FEM 模型中的多个片体和实体； 连接一个装配 FEM 模型中的 相邻FEM模型； 定义蛛网单元（点到边的一种1D连接方式），用 于螺栓连接、销轴连接等场合；
优势：简化模型，减小了计算规模； 不足：需要手工去操作，有点麻烦； 建议：耐心学习，掌握方法和技巧。
横梁圆钢两端和纵梁槽钢
端面没有连接在一起！ 需要偏置槽钢的位置！否
则力和约束条件无法传递！
1.7、步骤7 – 指定（槽钢）截面的定位点
1.8、步骤8.1 – 指定截面位置（将截面点位点和创 建直线定位点重合，操作完成后检查是否连接在一起了？）
选中该直线
实际中还可以调整3个偏置值， 目的是保证相邻梁能够连接起来！
可以单独构建曲线，也 可以从分析实体模型上 抽取曲线； 可以将曲线构建在一个 模型中，也可以采用装 配形式； 注意：曲线之间尽量相
交，要检查有无断点？
1.2、步骤2 – 进入高级仿真，新建FEM
点击几何体选项中， 勾选直线，并确认；
1.3、步骤3 – 定义截面及其属性
左、右槽 钢梁截面
1D 网格； 1D 单元截面（创建横截面并将它们指派到 1D 杆或梁单元的网格）； 1D 连接（连接离散网格或几何体）；
2.3.1、实例总结3 - 1D网格的作用
用来创建与模型几何体关联的一维单元网格； 一维单元是包含两个节点的单元，根据类型的不 同，可能需要定义方向，才能确定截面方位； 通常应用于梁、加强筋和桁架结构。
3、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2010；
30_UG流体基础案例瞬态_沈春根
4.1 后处理 - 结果1 –速度云图
增量的时间段，和【结果采样】时间的设置一致。
4.2 后处理 - 结果2- 切割平面速度云图
在导航器窗口，双击-结果-Flow – 进 入后处理窗口；
依次点开：流-增量12 - 速度（单元节点） - X（方向根据需要选择，或 者幅值视图对话框；
来显示速度变化及漩涡产生； 等等其他的结果及其显示方式。
5.总结和说明
掌握删除面命令在构建流体域中的用法； 理解时间段（结束时间）的设置依据； 瞬态解算方案的主要参数及其设置方法； 选择合理的湍流模型，了解它们各自的运用场合。
点击【显示于（切割平面）】栏的 【选项】- 弹出切割平面对话框；
切割平面切换为【X】、剪切侧切换 为【全部输出】，X坐标中输入 【0】；
两次确认。
4.4 后处理-结果3–弯管横截面A-速度迭代显示
进一步操作，可以实现： 动画显示横截面B的速度云图（随时间
变化）； 采用【分段】、【等值线】等显示模式，
解算方案细节-湍流模型，切换 为标准的K-Epsilon模型；
（如果选择解算方案类型为高级流， 则选择更高级的湍流本构模型） 解算方案类型：瞬态。
3.2 编辑解算方案-定义壁函数和选中旋涡输出结果
3.3 编辑解算方案-瞬态时间参数
由管长和速度来估算 决定了计算精度
关注弯管区域的时间段
求解
等待大概20分钟。
采用标准K-ε湍流模 型进行解算（当然， 可以采用【高级流】 提供的湍流模型）。
2.1 前处理- 构建流体域1（在i环境中）
应用模块、前/后处理； 新建FEM，Simcenter
热/流； 双击i.prt，进入理想化
环境； 提升体； 几何体准备-有界平面
26_UG非线性疲劳分析_沈春根-免费分享
2.2 导体非线性静态分析（SOL106）
2.3 导体非线性静态分析（SOL106）
采用3D扫掠网格（CHEXA20）对导 体进行网格划分
2.3 导体非线性静态分析（SOL106）
导体物理属性选择 PSOLID（实体）
材料发生塑性变形时的应力应处于材料 的屈服强度与极限抗拉强度之间，极限 抗拉强度是耐久性分析结果中强度安全 系数的主要评价标准。
采用CAE软件计算得到的疲劳耐久性结果，应与实 际疲劳测试数据进行对比。
本案例使用NX10.0版本作为疲劳耐久分析软件。
导体疲劳耐久性分析结果及评判方法；
1.1 疲劳耐久性分析的用途
用于在简单或复杂加载条件的累积效应下，对设计结构的强度及 其耐久性进行评估。
UG 耐久性分析包括：强度分析和疲劳分析。 强度分析：用来评估结构是否可以瞬间承受对其施加的最大静态
或瞬态应力。此静态强度评估可用于确定是否需要进行疲劳计算。 例如，如果峰值应力超出材料的强度极限，则需要进行疲劳计算。 疲劳分析：用来根据应力或应变的时间历程来评估模型的疲劳强 度和疲劳寿命。
导体承受交变载荷后最大应力超过了材料的屈服强度， 产生了塑性变形。基于此，需要采用非线性SOL106计 算出最大交变应力作为疲劳分析的激励载荷的峰值。
本案例的导体材料选用 UG NX材料库中自带的 Copper_C10100（铜合金）。
目录
疲劳耐久分析基础知识； 导体非线性静态应力分析（SOL106）； 导体疲劳耐久性分析主要步骤；
1.2 耐久分析的基本方法
疲劳寿命：就是结构重复加载的周期数（加载次数）， 即这些加载引发引发和扩展一个或多个裂纹，最终造成 结构的断裂和失效；
疲劳分析使用累积破坏法，根据应力或应变时间关系曲 线图估算疲劳寿命，对应S-N曲线（常用）和ε-N曲线。
12_UG NX有限元网格控制应用_沈春根-免费分享
UG NX有限元培训 – 专题12
UG NX有限元分析 网格控制的应用
江苏大学 沈春根 2015年2月 第1版 2017年4月 第2版Biblioteka UG NX10.0 及以上版本
目录
网格控制的用途和类型 网格控制 - 映射的孔 网格控制 – 圆角网格细化 网格控制 - 圆柱面网格细化
0.1 网格控制的用途
3 网格控制 – 圆柱面网格细化
沿着圆柱面长 度方向，创建 一个结构性单 元网格，规则 整齐；
在局部区域或者边界上细化网格； 使用边密度和面密度，可以在局部控制特定边
和特定面上单元的数量及其分布情况； 可以在倒圆角区域细化网格；
0.2 网格控制的类型
1 网格控制 – 映射的孔四周网格细化
未做映射孔网格控制
映射的孔网格控制
2 网格控制 – 过渡圆角网格细化
生成沿圆角、倒 圆或圆角表面的 长度分布的结构 性单元网格，规 则整齐；
UG NX有限元分析 网格控制的应用
江苏大学 沈春根 2015年2月 第1版 2017年4月 第2版Biblioteka UG NX10.0 及以上版本
目录
网格控制的用途和类型 网格控制 - 映射的孔 网格控制 – 圆角网格细化 网格控制 - 圆柱面网格细化
0.1 网格控制的用途
3 网格控制 – 圆柱面网格细化
沿着圆柱面长 度方向，创建 一个结构性单 元网格，规则 整齐；
在局部区域或者边界上细化网格； 使用边密度和面密度，可以在局部控制特定边
和特定面上单元的数量及其分布情况； 可以在倒圆角区域细化网格；
0.2 网格控制的类型
1 网格控制 – 映射的孔四周网格细化
未做映射孔网格控制
映射的孔网格控制
2 网格控制 – 过渡圆角网格细化
生成沿圆角、倒 圆或圆角表面的 长度分布的结构 性单元网格，规 则整齐；
声振基础资料(填+简)
声振基础资料填空题1、古典声吸收理论计及了介质的 （1） 和 （2） 引起的声吸收；古典声吸收理论计算的介质声吸收西数与声波频率 （3） 次方成正比。
对于实际介质，除了经典吸收机制外，还有一种吸收机制，称作 （4） 吸收。
2、平面波垂直入射到刚硬界面上你，则界面处声压幅值是入射波声压幅值的 （1） 倍；界面处介质振速等于 （2） 。
3、单自由度阻尼振动系统在谐合外力作用下发生受迫振动；振速幅频特性曲线的半功率带宽谐振频率0f 以及频率品质因数m Q 三者关系为 （1） ；达到谐振时，谐合外力和振速的相位相差为 （2） 。
自由振动时，m Q 越 （3） ；自由振动的振幅衰减得越快。
4、平面声波入射到两种不同介质的分界面上会产生反射和折射，反射定律是（1） ，折射定律是 （2） 。
5、由于接收器、辐射器以及介质之间的相对运动产生的接收信号频率与辐射信号不同的现象称作 （1） 效应。
6、弹性细棒作弯曲振动，其位移函数为(,)x t η；棒在0x =端嵌定，其边界条件为 （1） ；棒在x L =端自由，其边界条件为 （2） 。
在此边界条件下，如果棒长截短一半，则弯曲振动基频变为原来弯曲振动基频的 （3） 倍。
7、平面声波从流体介质入射到流体固体分界面上会产生反射和折射，固体中纵波折射角总是 （1） 于横波折射角；入射角为 （2） 固体中无折射横波。
8、“偶极子”声源的指向性函数为 （1） ；刚性障板上半径为a 的圆面活塞式辐射器声源的指向性函数为 （2） 。
9、弹性细棒作纵振动，其位移函数为(,)x t ξ，棒在0x =端固定，其边界条件为（1） ；棒在x L =端自由，其边界条件为 （2） ；在此边界条件下，该棒作自由振动的基频为 （3） 。
10、声场中接收器接收声信号，如果用接收器机械振动系统的等效类比电路，分析接收器的振动信号产生畸变的原因，得到的结论是：（1） （2）和（3）是振动信号产生畸变的三个主要原因。
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1.3 FEM-对声波域（包络体）划分网格1
物理属性-打开其对话框-类型切换为 【PSOLID-声学流体】-创建-打开 【PSOLID-声学流体】对话框，点击 【选择材料】；
进入【材料列表】-选取空气（Air，必 要时自定义声域体材料）-确认，返回完 成操作；
一般来说，对于声学体材料，只需要密 度、体积模量和声速中的两个即可。
网格效果和导航器 特征树如图所示。
1.2 FEM-建立曲面包络体
插入-曲面包络-曲面包络方案，打开对话框； 选择全部2D单元，分辨率（全局解析度）设为5mm（建议自动计算）； 点击【点】对话框，选择坐标原点作为包络的中心点，确认； 在导航器窗口，如图所示，点击【包络】，注意特征树发生了变化。 隐藏【2D收集器】，即可看到该几何体（声波域、声学体、空气），默认呈现半透明。
1.4 FEM-对声波域（包络体）划分网格2
3D扫略网格（六面体）-选择源面-定义 单元类型为：CHEXA(8)-Acoustic Fluid;
定义单元大小（依据参见后页）； 定义网格收集器。
1.5 FEM- 对声波域划分网格3
要计算最大单元大小，可将最大频 率转换为最大波长并除以 6；
本案例分析上限频率4000Hz，声速 按照340m/s(声速等于波长乘以频 率)，那么最大单元大小约为： 14.17mm;
通过指定最大频率来定义单元大小， 可使用支持对话框内单元大小框中 的 SizeForAcoustics 函数。
结构体单元和声域体单元，两者的单元阶次尽量一致， 给两者接触（耦合）计算带来方便！
触参数、定义扰动频率； 4. 求解和后处理。
关键词：曲面包络、Acoustic Fluid（声学流体）、（声）流体-结构耦合
1.1 FEM-划分壳体（结构体）2D单元网格
新建FEM-新建部件 文件，选择NX Nastran 声振-确定；
默认新建FEM对话， 确定-进入FEM环境；
2D网格-单元类型： CQUAD4，大小 10mm，定义网格收 集器（定义材料和 壁厚等），确定；
默认
3.2 编辑解算方案-工况控制-流体结构互动控制参数
默认
3.3编辑解算方案-工况控制-结构的实特征值法
模态数 量不必
过多
3.4编辑解算方案-工况控制-流体的实特征值法
参考上 一页的
操作
3.5 编辑解算方案-工况控制-扰动频率1
3.6 编辑解算方案-工况控制-扰动频率2
4.1 求解和后处理-查看某个频率下壳体的变形
2.1 SIM-新建解算方案和解算步骤（子工况）
新建仿真-选择NX Nastran 声振-确 定-进入SIM环境；
新建解算方案和解算步骤（子工况模态频率）；
确定，暂时不定义相关参数，后续 再进行编辑。
2.2 SIM-定义点声源-单极声源
指定点：声学体 模型的中心点
3.1编辑解算方案-模型数据-流体结构接触面建模参数
本案例也可以采用Simcenter 3D Acoustics BEM模 块进行计算；
曲面包络命令可以对电机、发动机等复杂模型进行 声学几何体及其网格的构建，从而进行声辐射仿真；
本专题公开和分享，供同行之间交流和学习之用。
查看其它频率结果， 从而查到整个频段
的最大值。
4.2 后处理-查看某个频率声波的声压级-1
4.3 后处理-查看某个频率声波的声压级-2
2000Hz
200Hz
5. 总结和说明
本案例参考NX官方资料，具体命令和含义请查阅帮 助文件（NX1899 Help、Simcenter 3D tutorials）；
UG NX有限元培训 – 专题24
NX有限元分析 声振响应基础案例
（基于 NX Nastran FEM 声振，NX12.0及以上版本）
江苏大学 沈春根
2017年12月 第1版 2020年1月 第2版
掌握SOL111频响操作方法； 了解声学基础知识和概念。
0.1 背景和仿真要求
点声源
钢（steel）壳体长、宽、高均为 100mm，壁厚为1mm；
钢壳体中心点有个点声源，功率为 0.1w；
求解点声源传递到壳体内壁面的声 波的最大声压级（dB）;
选取关注频率（， 分析上限频率为4000Hz。
0.2 主要步骤
1. 建立FEM模型，划分结构体和声学体网格； 2. 建立SIM模型，定义声源类型和参数； 3. 编辑解算方案，定义结构-（声）流体两者的接