UG有限元分析第5章
ug有限元分析教程
ug有限元分析教程有限元分析是一种数值计算方法，用于求解工程结构或物理问题的数学模型。
它将连续的解析问题离散化成有限数量的子域，并在每个子域上进行数值计算，最终得到整个问题的解。
本教程将介绍有限元分析的基本原理和应用方法。
1. 有限元网格的生成有限元分析的第一步是生成适合问题的有限元网格。
网格是由许多小的单元组成，如三角形、四边形或六边形。
生成网格的方法有很多种，如三角剖分、矩形划分和自适应网格等。
2. 定义有限元模型在定义有限元模型时，需要确定问题的几何形状、边界条件和材料性质。
几何形状可以通过几何构造方法来描述，边界条件包括固支、力和热边界条件等。
材料性质可以通过弹性模量、热传导系数和热膨胀系数等参数来描述。
3. 选择合适的有限元类型根据具体的问题，选择合适的有限元类型。
常见的有限元类型包括一维线性元、二维三角形单元和二维四边形单元等。
使用不同的有限元类型可以更好地逼近实际问题的解。
4. 构造有限元方程有限元分析的核心是构造线性方程组。
根据平衡方程和边界条件，将整个问题离散化为有限个子问题，每个子问题对应于一个单元。
然后，根据单元间的连续性，将所有子问题组合成一个总的方程组。
5. 解算有限元方程通过求解线性方程组，可以得到问题的解。
求解线性方程组可以使用直接方法或迭代方法。
常见的直接方法包括高斯消元法和LU分解法，迭代方法包括雅可比迭代法和共轭梯度法等。
6. 后处理结果在求解得到问题的解后，可以进行后处理结果。
后处理包括计算力、应变和位移等物理量，以及绘制图表和动画。
有限元分析是一种强大的数值方法，广泛应用于结构力学、流体力学、热传导和电磁场等领域。
它在解决复杂问题和优化结构设计方面发挥着重要作用。
通过学习有限元分析，您可以更好地理解结构的行为，并提高工程设计的准确性和效率。
UG有限元分析第5章
（Hale Waihona Puke ）编辑解算方案相关操作右键单击【Solution 1】节点选择【编辑】命令，弹出编辑【解算方案】对话框，激 活【单元迭代求解器】；激活【启用STRAIN（应变）】请求选项；
单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【求解】命令，弹出【求解】对话框，单 击【确定】按钮系统开始求解，双击出现的【结果】节点，即可进入后处理分析环境；
解算监 视器
后处理节 点
1）查看工况1中Von-Mises应力云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】，选择【Subcase Static Loads 1】展开【应力-单元节点的】，双击【Von-Mises】节点，并 结合其他设置，即可查看到应力云图；
工况1中VonMises应力云 图。
相应节点
2）【疲劳寿命-单元节点】下面的【标量】云图
双击【疲劳寿命-单元节点】下面的【标 量】节点，在图形窗口即可出现模型在疲 劳工况下的疲劳寿命云图，如图所示。
疲劳寿命 -单元节 点
3）设置后处理视图中【翻转频谱】
在上述疲劳寿命云图基础上，单击相应的【Post View 2】节点，右键单击弹出的【编 辑】命令，弹出【后处理视图】对话框，设置【红灯】为【翻转频谱】选项，查看这 样的视图非常直观。 设置相关 参数
2020/5/11
5.4.2 单个载荷变量疲劳分析的操作
下面在上述结构线性静力学分析的基础上，按照疲劳分析操作流程，依次选 取应力准则、疲劳寿命准则，定义单个的载荷变量，计算结构在该疲劳条件 下的疲劳寿命，通过各种结果显示方式，来评估该结构的疲劳性能。
2020/5/11
（1）创建工况1的疲劳分析解算方案
调整过颜色的疲劳 寿命分析结果
UG有限元分析教程
UG有限元分析教程有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种计算方法，用于求解连续介质力学问题。
UG作为一款常用的三维CAD软件，也提供了相应的有限元分析功能，下面将介绍UG有限元分析的基本流程和步骤。
首先，建立几何模型是有限元分析的第一步。
在UG中，可以通过绘制线与曲线、创建体与表面等操作，构建出所需的几何形状。
在建模过程中，需要注意几何模型的准确性和合理性，以保证模拟结果的可靠性。
然后，进行网格划分。
有限元分析将几何模型离散化为多个小单元，每个小单元称为网格，通过将整个模型划分为有限个网格单元，可以更容易地对模型进行数值计算。
在UG中，可以选择不同的网格划分算法和参数设置，以求得较为合适的网格划分结果。
接下来，定义边界条件和加载条件。
在有限元分析中，需要对模型的边界进行约束和加载，以模拟真实的工程环境。
在UG中，可以通过选择特定面或边进行边界条件设置，例如固定边界条件、约束边界条件等。
同时，还可以对特定面或边进行加载条件设置，如施加力、施加压力等。
完成边界条件和加载条件的定义后，即可进行求解。
在UG中，可以通过调用有限元分析求解器进行计算。
求解过程中，UG会对模型进行离散化计算，并得到相应的应力、应变等结果。
求解的时间长短与模型的复杂性、计算机性能等因素有关。
最后，进行后处理。
在有限元分析中，后处理是对求解结果的分析和可视化。
UG提供了丰富的后处理工具，可以对应力、应变等结果进行图形显示和数据分析，并以形式化报告的形式输出结果。
总结而言，UG有限元分析是一项强大的工程分析工具，可以帮助工程师解决各种复杂的力学问题。
通过建立几何模型、网格划分、定义边界条件和加载条件、求解和后处理，可以得到模型的应力、应变等结果，以指导后续的工程设计和优化工作。
UG有限元分析步骤精选整理.doc
UG有限元分析步骤精选整理.doc
1. 准备模型：首先，在UG中绘制需要分析的零件或装配体的3D模型。
确保模型的几何尺寸和材料等参数设置正确。
2. 网格划分：将模型分割成许多小单元，称为网格单元。
这些单元的大小和形状应
该足够小和简单，以便于计算程序的处理。
3. 材料属性定义：为每个网格单元定义材料性质。
这些属性包括弹性模量、泊松比、密度等。
4. 约束条件设置：定义所有约束条件，如边界约束、支撑条件等。
这些条件对应于
被分析部件的实际使用场景。
5. 载荷应用：将载荷应用于模型。
这些载荷可以是静态或动态载荷、温度载荷等，
也可以模拟外部力或压力。
6. 求解模型：选定求解器，使用许多数学方法解决数学方程，以有效地计算应力、
应变和变形等设计参数。
7. 结果分析：对有限元分析的各个方面进行评估和评估，检查计算的准确性和可靠性。
这些结果可以用于优化设计，以改进零件或装配体的性能。
8. 优化设计：如果有必要，使用有限元分析的结果来重新设计零件或装配体，并在
再次进行分析前进行修改。
总之，UG有限元分析是一种重要的工具，用于设计和生产过程中的性能优化和验证。
这个步骤需要正确的建模和分析，以确保计算是精确和可靠的。
UG NX 12中文版：动力学与有限元分析自学手册
13.1材料属性 13.2添加载荷 13.3边界条件的加载 13.4划分网格 13.5环境下拉菜单 13.6练习题
14.1分析模型的编辑 14.2单元操作 14.3有限元模型的检查 14.4节点/单元信息 14.5仿真信息总结 14.6练习题
15.1分析 15.2后处理控制 15.3实例——柱塞有限元分析 15.4练习题
10.1运动函数 10.2 AFU格式表 10.3实例——料斗运动 10.4练习题
11.1起重机模型优化 11.2注射模 11.3落地扇 11.4练习题
第13章建立有限元 模型
第12章有限元分析 准备
第14章有限元模型 的编辑
第15章分析 和查看结果
第16章球摆 分析综合实 例
12.1分析模块的介绍 12.2有限元模型和仿真模型的建立 12.3求解器和分析类型 12.4模型准备 12.5练习题
UG NX 12中文版：动力学与有限 元分析自学手册
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 读书笔记
目录
02 内容摘要 04 作者介绍 06 精彩摘录
思维导图
关键字分析思维导图
分析
动力学
ห้องสมุดไป่ตู้分析
有限元
创建
综合
机构
动力学
分析
实例 实例
仿真
有限元
模型
单元
运动
载荷
有限元
检查
内容摘要
全书共分为两篇：第1篇为动力学分析篇，主要介绍UG NX 12动力学分析的一些基础知识和操作实例，包括 运动仿真基础，连杆、质量及材料，运动副，传动副，约束，力的创建，连接器，仿真结果输出，机构检查，XY 函数编辑器，动力学分析综合实例等知识；第2篇为有限元分析篇，主要介绍UG NX 12有限元分析的一些基础知 识和操作实例，包括有限元分析准备、建立有限元模型、有限元模型的编辑、分析和查看结果、球摆分析综合实 例等知识。
基于UG和ANSYS的柴油发动机曲轴有限元分析
０ 引 言
曲轴 作 为汽车 发动 机 中最 重要 、承载最 复 杂 的零
件之 一 ．其性 能 的优 劣将直 接 关系 到 汽车 发动 机 的 可
油孑 Ｌ 的设 计 做简 化处 理 ．完 成 的曲轴模 型图及 有 限元 模 型如 图 １和图 ２所示 。
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎｏ ． ５ Ｓ ｅｐ ． ２ ０１ ３
基于 Ｕ Ｇ和 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的 柴 油发 动机 曲轴 有 限元 分 析
马 建辉 ．郭鹏
ｆ 河 南工 程学 院机 械＿ Ｔ程 学 院 ，河 南 郑州 ，４ ５ ｌ ｌ ９ ｌ １
摘 要 ：利 用 Ｕ Ｇ对 某 型 号 的康 明 斯 发 动 机 曲轴 进 行 参数 化 ｌ 二维 建 模 ，通 过 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ分 析 软 件 ，结 合 发 动机 实际 运 转 时 曲 轴
靠性 和寿 命 发动 机运 转 的过 程 中 ．在 周期 性 变化 的 载荷 作用 下 ．曲轴 内部 产生 交 变 的扭 转 应 力和 弯 曲应
力 ．很 容易在 应力 集 巾部位 发 生扭 转疲 劳 破坏 和 弯 曲 疲 劳破坏 ． ．准确地 找 出 曲轴 在 工作 过程 中的应 力 分布 对 曲轴 的设计 改进 具有 重要 意 义…
图 ２ 曲 轴 的 有 限 元 网 格 模 型
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｓ ｈ ｍｏ ｄ ｅ ｌ
机 实 际运转 时 曲轴 上所受 载 荷 ．对 曲轴进 行 了模 态 分
析 及应 力分析 和位 移分 析 ．为汽 车发 动机 曲轴 的结 构 设 计 和优 化提供 参 考
UG有限元分析教程
UG有限元分析教程有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程设计和数值计算的方法，通过将复杂结构分割为许多简单的有限元单元，然后通过建立有限元模型，进行数值计算，最终得到结构的力学响应。
本文将向大家介绍UG有限元分析教程。
UG是一种集成的CAD/CAM/CAE软件，具有功能强大且广泛应用的特点。
UG有限元分析是UG软件中的一个功能模块，它可用于进行各种结构的有限元分析，例如静态分析、动态分析、热传导分析等。
2.有限元网格划分：将结构几何模型划分为许多有限元单元，每个单元由节点和单元单元构成。
UG提供了自动网格划分工具，用户可以选择合适的网格密度和单元类型。
3.材料属性定义：为结构的各个部分定义材料属性，包括杨氏模量、泊松比、密度等。
用户可以根据实际情况选择合适的材料模型。
4.边界条件和加载：为结构的边界和加载部分定义边界条件和加载，包括支撑约束、力、压力等。
用户可以根据实际情况选择合适的加载方式。
5.求解：通过对有限元模型进行离散化和求解，得到结构的力学响应。
UG提供了高效的求解器和迭代算法，可以快速求解大规模的有限元模型。
6.结果后处理：对求解结果进行后处理，包括位移、应力、应变等的分析和可视化。
UG提供了丰富的后处理工具，用户可以生成各种工程报表和图形。
UG有限元分析教程提供了详细的步骤和示例，帮助用户快速学习和掌握UG有限元分析的基本方法和技巧。
课程内容包括UG软件的基本操作、几何建模、有限元网格划分、材料属性定义、边界条件和加载的设定、求解器和后处理工具的使用等。
学习UG有限元分析需要一定的工程基础和计算机技巧，但是通过系统的学习和实践，任何人都可以掌握这一方法，并在工程设计和研究中应用它。
总之，UG有限元分析教程提供了全面的学习资料和实例，帮助用户了解和掌握UG有限元分析的基本理论和应用方法，为工程设计和研究提供了有力的工具和支持。
UG有限元分析教程
UG有限元分析教程第1章高级仿真入门在本章中，将学习：高级仿真的功能。
由高级仿真使用的文件。
使用高级仿真的基本工作流程。
创建FEM和仿真文件。
用在仿真导航器中的文件。
在高级仿真中有限元分析工作的流程。
1.1综述UG NX4高级仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品，旨在满足设计工程师与分析师的需要。
高级仿真包括一整套前处理和后处理工具，并支持广泛的产品性能评估解法。
图1-1所示为一连杆分析实例。
图1-1连杆分析实例高级仿真提供对许多业界标准解算器的无缝、透明支持，这样的解算器包括NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS和ABAQUS。
例如，如果结构仿真中创建网格或解法，则指定将要用于解算模型的解算器和要执行的分析类型。
本软件使用该解算器的术语或“语言”及分析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。
另外，还可以求解模型并直接在高级仿真中查看结果，不必首先导出解算器文件或导入结果。
高级仿真提供基本设计仿真中需要的所有功能，并支持高级分析流程的众多其他功能。
高级仿真的数据结构很有特色，例如具有独立的仿真文件和FEM 文件，这有利于在分布式工作环境中开发有限元（FE）模型。
这些数据结构还允许分析师轻松地共享FE数据去执行多种类型分析。
UG NX4高级仿真培训教程2高级仿真提供世界级的网格划分功能。
本软件旨在使用经济的单元计数来产生高质量网格。
结构仿真支持完整的单元类型（1D、2D和3D）。
另外，结构级仿真使分析师能够控制特定网格公差。
例如，这些公差控制着软件如何对复杂几何体（例如圆角）划分网格。
高级仿真包括许多几何体简化工具，使分析师能够根据其分析需要来量身定制CAD几何体。
例如，分析师可以使用这些工具提高其网格的整体质量，方法是消除有问题的几何体（例如微小的边）。
高级仿真中专门包含有新的NX传热解算器和NX流体解算器。
NX传热解算器是一种完全集成的有限差分解算器。
它允许热工程师预测承受热载荷系统中的热流和温度。
UG有限元分析
第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来专业文档供参考，如有帮助请下载。
0 UG 有限元分析第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来1.1 有限元分析方法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。
数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。
1.1.1 有限单元法的形成近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科——计算机辅助工程CAE （Computer Aided Engineering ）。
这些商品化的CAE 软件具有越来越人性化的操作界面和易用性，使得这一工具的使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或分析人员，CAE 在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵深发展，CAE 工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。
许多行业中已经将CAE 分析方法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品上市前必不可少的环节。
CAE 仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：❑ CAE 仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。
❑ 虚拟样机的引入减少了实物样机的试验次数。
❑ 大幅度地降低产品研发成本。
❑ 在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品。
❑ 能够快速对设计变更作出反应。
❑ 能充分和CAD 模型相结合并对不同类型的问题进行分析。
❑ 能够精确预测出产品的性能。
❑ 增加产品和工程的可靠性。
❑ 采用优化设计，降低材料的消耗或成本。
❑ 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题。
❑ 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费。
第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来专业文档供参考，如有帮助请下载。
UG有限元分析-大致步骤
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定十二、查看有限元分析结果：
十三、编辑注释，可以显示相关参数：
十四、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
UG有限元分析
8.4 操作步骤
8.4.1 曲轴结构自由模态的计算 创建有限元模型 优化（理想化）模型 创建有限元模型 创建仿真模型 求解自由模态 后处理及其动画演示
8.4.2 曲轴结构约束模态的计算 施加约束条件 求解约束模态 后处理及其动画演示
8.4.3 曲轴结构模态计算精度的对比
8.4.1 曲轴结构自由模态的计算
1）定义材料属性
单击工具栏中的【指派材料】图标，弹出【指派材料】对话框； 设置相关参数
单击该命令
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】
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
2020/3/23
1）理想化几何体
在工具栏上单击【理想化几何体】命令，弹出【理想化几何体】对话框；
油孔1
油孔2
设置相 关参数
删除曲轴上两 个贯通的油孔
2）移除几何特征
删除模型上的油孔后会发现，在油孔删除部位处还残留有前面的断线，选择【移 除几何特征】命令，
选取相应 的对象
移除几何特征 操作后示意图
（3）创建有限元模型
设置参数
单击确定
4）仿真导航器新增节点
单击【创建解算方案】对话框的【确定】 按钮，注意到【仿真导航器】窗口分级树 中新出现了相关的数据节点，如图所示。
单击工具栏中的【保存】按钮，将上述操 作成功的仿真模型和数据及时保存起来。
仿真导航器 新增节点
（5）求解自由模态
在【仿真导航器】窗口分级树中单击【Crank Shaft_sim1.sim】节点，单击求解， 待求解完成关闭相应的窗口，如图所示。双击【结果】命令窗口，出现模态后处理结 果。 后处理导航 器新增节点
5_UG有限元螺栓连接分析实例_沈春根
蛛网连接； CBAR 或 CBEAM 单元
1D单元； RBE2 或 RBE3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ单元
0.2 基础- 定义螺栓特征和尺寸
A 螺栓头的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置； B 螺栓的总长度，包括螺栓头。如果在螺纹孔中创建螺栓，则必须指定螺栓长度。 C 螺栓螺母的直径，使用孔的边或孔的中心点来定义螺栓头的位置。 D 螺栓轴直径，可通过1D 单元关联的梁横截面来控制直径。 E 螺栓的有效螺纹长度。对于螺纹孔中的螺栓，必须指定有效螺纹长度。
0.3 基础- 螺栓螺母连接FEM模型
头部孔端面 单元节点
1D单元
螺母孔端面 单元节点
0.4 基础- 螺纹连接FEM模型
头部孔端面 单元节点
1D单元
和螺纹连接 对应单元节 点
1.1螺栓螺母连接实例-指定螺栓头部及其尺寸
1.2螺栓螺母连接实例-指定螺母及其尺寸
1.3螺栓螺母连接实例-其他参数默认并确定
定义1D 属性
1.4螺栓螺母连接实例- 定义1D属性
截面尺 寸 材料，也 可自定义 材料
1.5螺栓螺母连接实例- 查看导航器窗口数据 结构及其对应关系
1.6螺栓螺母连接实例- 解算结果（垂直方向变形）
底板之间不施加 面面接触约束
底板之间施加面 面接触约束
1.7螺栓螺母连接实例-螺栓轴和接触面结果
UG有限元教学和培训 – 系列专题5
UG NX 有限元
螺栓连接分析实例
江苏大学 沈春根 2011年2月 第1版 2017年3月 第2版 UG NX8.5版本以上
目录
螺栓连接有限元基础
螺栓螺母连接实例；
螺栓螺钉连接实例； 带预紧力螺栓螺钉连接实例；
UG有限元分析步骤精选整理学习资料
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定
十二、
十三、
十四、
十五、查看有限元分析结果：
十六、
十七、编辑注释，可以显示相关参数：
十八、
十九、
二十二、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
UG NX 8.5 有限元分析入门与实例精讲 第5章
本章内容简介 本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics -
Global Constraints】解算模块，以叶轮叶片为分析对象，依次创建有限元模型 和仿真模型，计算出该模型的位移和应力值，以此作为疲劳分析的名义值，通过 创建耐久性仿真方案，依次选取应力准则、应力类型和疲劳寿命准则，分别计算 了两种工作转速下的结构疲劳寿命，通过查看结构的疲劳寿命、疲劳损伤程度、 疲劳安全系数及强度安全系数等指标来评判该结构的疲劳性能。
本章节主要内容:
基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
5.1基础知识
主要内容大致分为四个部分： 疲劳分析概述 疲劳分析主要参数 疲劳分析操作流程
操作流程
5.2 问题描述
如图为某大型离心压缩机叶轮叶片的实际模型，压缩机叶轮叶片的主要破坏形式 是疲劳破坏，该叶轮叶片的特点是叶片是整体压铸或采用焊接的联结方式，首先 计算该结构线性静力学中的Von-Mises应力和应变值，判断结构在此工况下是否处 于弹变阶段，然后按照最大应力值的工况根据一般的疲劳寿命准则，计算以下条 件的疲劳寿命：
算模块分析模型在工况下的疲劳性能。
（1）创建有限元模型
1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令， 在【仿真导航器】窗口的分级树中，单击 【Impeller.prt】节点，进行新建FEM相关操作；
弹出的【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 可进入了创建有限元模型的环境，注意在【仿 真导航器】窗口分级树上出现了相关的数据节 点。
5.4.1 结构静力学分析操作步骤 创建有限元模型 创建仿真模型 求解及其解算参数的设置 5.4.2 单个载荷变量疲劳分析的操作 创建工况1的疲劳分析解算方案 查看疲劳分析结果 创建工况2的疲劳分析解算方案并查看分析结果 查看工况2的疲劳分析结果
UG有限元分析第5章
5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标右侧的小三角，弹出【3D四面体网格】对话框； 设置 相关 参数
单击确定
6）分析单元质量
单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】检查对话框，在窗口中选择划 分好的网格模型作为【选择对象】，单击【检查单元】按钮，在窗口顶端弹出【信息】 窗口；
解算监 视器
后处理节 点
1）查看工况1中Von-Mises应力云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】，选择【Subcase Static Loads 1】展开【应力-单元节点的】，双击【Von-Mises】节点，并 结合其他设置，即可查看到应力云图；
工况1中VonMises应力云 图。
打开随书光盘part源文件所在的文件夹： Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch05_Impeller，选中文件impeller.prt， 调出叶轮主模型。本实例先通过静力学【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块计算出模型的位移、应力和应变响应值，再借助耐久性解
5.5 本章总结
（1）本实例还可以克隆多个线性静力学解算方案，在相同的工况条件和疲劳载 荷变量前提下，修改不同的疲劳寿命准则进行计算，查看疲劳分析计算结果的变 化情况。
（2）如果叶轮叶片工作转速再增加，得出的应力已经超出了材料的屈服极限， 那么该结构已经处于塑性变形阶段，这时需要选取应变准则（最大主应变或者最 大剪应变寿命准则）来计算，才能较为可靠地去评估结构的疲劳寿命。
疲劳安全 因子云图
6）查看强度安全系数云图
双击【强度安全系数】下面的【标量】节点，在图形窗口即可出现模型在疲劳工况下 的强度安全系数云图。
UG有限元分析步骤精选整理
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定
十二、查看有限元分析结果：
十三、编辑注释，可以显示相关参数：
十四、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
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（3）求解及其解算参数的设置
在【仿真导航器】窗口的分级树中单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【新建 子工况】命令，弹出新建子工况对话框，设置相关参数，并加入相应的载荷，设置好 的求解工况各个节点显示如图所示。
解算步骤 设置
设置 好的 工况 相关 新增 节点
（4）编辑解算方案相关操作
单击确定
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3）【强度】下的【编辑强度设置】
单击【强度】下的【编辑强度设置】图标，弹出如图所示的对话框；
设置相 关参数
单击确定
4）【疲劳】下的【编辑疲劳设置】
切换到【几何优化】对话框的【定义设计变量】 窗口，如图所示，单击【创建设计变量】图标， 弹出【定义设计变量】对话框，在【设计变量】 中选择【草图尺寸】图标
右键单击【Solution 1】节点选择【编辑】命令，弹出编辑【解算方案】对话框，激 活【单元迭代求解器】；激活【启用STRAIN（应变）】请求选项； 单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的【求解】命令，弹出【求解】对话框，单 击【确定】按钮系统开始求解，双击出现的【结果】节点，即可进入后处理分析环境；
可进入了创建有限元模型的环境，注意在【仿
真导航器】窗口分级树上出现了相关的数据节 点。
新建FEM 对话框
2)自定义材料
单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指派材料】对话框；
单击该 命令
单击确定
AISI_STEEL_434 0材料信息
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
进行查看。
（2）在上述基础上，再增加1.5倍名义应力值载荷，作用周期为500000次循环， 计算结构的疲劳寿命，和上述单疲劳载荷变量条件下的疲劳寿命进行比较。
5.3 问题分析
（1）疲劳计算必须有材料的疲劳属性参数（通过大量测试并统计得到数据，并经历了 众多工程项目的应用和验证）作为基础，因此，在创建有限元模型的过程中，除赋予模 型密度、杨氏模量、泊松比等线性静力学计算参数外，必须指定相应的疲劳属性参数。 （2）疲劳计算采用应力-寿命曲线和应变-寿命曲线，并且选取的疲劳寿命准则一般是基 于应变响应值的，因此在解算结构的静力学时，需要激活其应变输出请求，这样计算出 的应力和应变响应值一起作为后续疲劳计算的依据。 （3）在计算疲劳寿命之前，需要根据静力学计算结果，判断零件在工况下是处于弹变 阶段还是接近于塑变阶段，这样可以合理选取相应的疲劳寿命准则。 （4）可以利用软件提供的【新建疲劳载荷变量】的功能，在一次疲劳解算方案中，允 许增添多个疲劳载荷变量，为在复杂载荷工况条件下计算结构的疲劳寿命提供了条件。
载荷图样 对话框
设置相关 参数
单击确定
新建耐久性2 解算方案节点
（4）查看工况2的疲劳分析结果
在【后处理导航器】窗口依次展开【疲劳寿命-单元节点】、【疲劳损伤-单元节点】、 【疲劳安全系数-单元节点】和【强度安全系数-单元节点】下的4个【标量】节点，查 看云图。 调整过颜色的疲劳 寿命分析结果
设置相关参数
单击确定
5）求解
右键单击【Durability 1】节点，选择【求解】命令，弹出【耐久性求解器】对话框；
单击确定
（2）查看疲劳分析结果
1）在【后处理导航器】窗口的分级树中，依次展开【疲劳寿命-单元节点】、【疲劳 损伤-单元节点】、【疲劳安全系数-单元节点】和【强度安全系数-单元节点】4个节 点，如图所示。
5.5 本章总结
（1）本实例还可以克隆多个线性静力学解算方案，在相同的工况条件和疲劳载 荷变量前提下，修改不同的疲劳寿命准则进行计算，查看疲劳分析计算结果的变 化情况。 （2）如果叶轮叶片工作转速再增加，得出的应力已经超出了材料的屈服极限， 那么该结构已经处于塑性变形阶段，这时需要选取应变准则（最大主应变或者最 大剪应变寿命准则）来计算，才能较为可靠地去评估结构的疲劳寿命。 （3）本实例只进行了单一载荷作用下的疲劳寿命分析，在实际的产品设计和计 算中，涉及到的载荷可能有多个，可以在增加各种耐久性（静力、瞬态、随机） 事件进行多载荷激励的疲劳分析。
Constraints】解算模块计算出模型的位移、应力和应变响应值，再借助耐久性解 算模块分析模型在工况下的疲劳性能。
（1）创建有限元模型
1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令，
在【仿真导航器】窗口的分级树中，单击
【Impeller.prt】节点，进行新建FEM相关操作； 弹出的【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
疲劳安全 因子云图
6）查看强度安全系数云图
双击【强度安全系数】下面的【标量】节点，在图形窗口即可出现模型在疲劳工况下 的强度安全系数云图。
强度安全 系数云图
（3）创建工况2的疲劳分析解算方案并求解
右键单击仿真节点【Durability 1】，选择【克隆】命令，按照上面所述的方法创建工 况2的疲劳分析解算方案，在【载荷图样】中选择【Subcase – Static Loads 2】； 右键单击【Durability 2】节点，激活该解算方案，选择【求解】命令进行求解。
2）查看工况2中Von-Mises应力云图
按照上述的方法选择【Subcase - Static Loads 2】并展开【应力-单元节 点的】，双击【Von-Mises】节点，并结合其他操作，即可查看相应的应力 云图。
工况2中VonMises应力云 图。
3）退出【后处理】显示模式
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口，完成此 次计算任务的操作。以上述2种工况计算的Von-Mises应力和应变作为名义 值参与后续的疲劳分析计算，下面开始对结构进行疲劳寿命的计算和分析。
第5章 结构静力学和疲劳分析实例精讲—叶轮叶片分析
本章内容简介 本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics Global Constraints】解算模块，以叶轮叶片为分析对象，依次创建有限元模型
和仿真模型，计算出该模型的位移和应力值，以此作为疲劳分析的名义值，通过
主要内容大致分为四个部分：
疲劳分析概述
疲劳分析主要参数
疲劳分析操作流程
操作流程
5.2 问题描述
如图为某大型离心压缩机叶轮叶片的实际模型，压缩机叶轮叶片的主要破坏形式 是疲劳破坏，该叶轮叶片的特点是叶片是整体压铸或采用焊接的联结方式，首先 计算该结构线性静力学中的Von-Mises应力和应变值，判断结构在此工况下是否处 于弹变阶段，然后按照最大应力值的工况根据一般的疲劳寿命准则，计算以下条 件的疲劳寿命：
单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】检查对话框，在窗口中选择划 分好的网格模型作为【选择对象】，单击【检查单元】按钮，在窗口顶端弹出【信息】 窗口；
选择 对象
单击 命令
（2）创建仿真模型
在【仿真导航器】窗口分级树中，单击【Impeller_fem1.fem】节点，右键单击弹出 的【新建仿真】命令，进行新建仿真相关操作。 单击弹出的【新建仿真】对话框中的【确定】按钮，弹出【创建解算方案】对话框中， 进行相关设置后即可进入仿真模型环境。同时注意在【仿真导航器】窗口分级树中增 加了相应的节点。 解算方案 对话框设 置
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2）【几何优化】对话框【定义目标】设置
右键单击仿真节点【Durability 1】，选 择【新建事件】图标下的【静态】图标， 如图所示，默认【事件名称】为【Static Event 1】及【静态解列表】下为 【Solution 1-SOL 101 SCS】。 设置相关 参数与
叶轮叶片实际 模型
工况条件
材料为AISI_STEEL_4340（屈服极限为1178MPa，抗拉极限为1240MPa），中间叶轮 孔面安装在转轴上，分别考察工作转速为29384r/min，33800r/min工况下的径向 与切向的位移以及应力强度情况； （1）假设该模型受到1倍名义应力值载荷，作用周期为1000000次循环，计算 结构的疲劳寿命，分别按照强度安全因子、疲劳安全因子和疲劳寿命等评价指标
1）在【仿真导航器】窗口分级树中单击【impeller_sim1.sim】节点，右键依次单击弹 出的【新建解算方案过程】，选择【耐久性】命令。默认【耐久性求解过程名称】为 【Durability 1】，单击【确定】命令，注意到仿真导航器窗口的分级树中出现相应的数 据节点。 耐久性对 话框
单击确定
1）添加用户定义约束
单击工具栏中【约束类型】中的【用户定义约束】命令，弹出【用户定义约束】对话 框；
设置相关 参数
单击确定
2）施加载荷：离心力
单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形符号，单击其中的【离心】图标， 弹出【离心】对话框。
离心力1
离心力2
设置相 关参数 设置相关 参数
单击确定
5.4 操作步骤
5.4.1 结构静力学分析操作步骤 创建有限元模型 创建仿真模型 求解及其解算参数的设置 5.4.2 单个载荷变量疲劳分析的操作 创建工况1的疲劳分析解算方案
查看疲劳分析结果
创建工况2的疲劳分析解算方案并查看分析结果 查看工况2的疲劳分析结果
翻转频谱 后的云图
4）查看在疲劳工况下的疲劳损伤云图
将视图颜色调整回【结构】，不勾选【翻转频谱】，双击【疲劳损伤-单元节 点】下面的【标量】节点，查看云图；
结构疲劳 损伤云图
5）查看疲劳安全因子云图
双击【疲劳安全因子】下面的【标量】节点，在图形窗口即可出现模型在疲劳工况下 的疲劳安全因子云图；
创建耐久性仿真方案，依次选取应力准则、应力类型和疲劳寿命准则，分别计算 了两种工作转速下的结构疲劳寿命，通过查看结构的疲劳寿命、疲劳损伤程度、 疲劳安全系数及强度安全系数等指标来评判该结构的疲劳性能。