NX8.5有限元分析

从模拟有限元分析实例开始，掌握操作要点后，再独立应用有限 元手段，逐步去解决实际问题。
已知弹性模量E，杆长L，各段横 截面A，并且：刚度K=AE/L
1.2 有限元法概念－近似解法的推导过程
R k1 (u2 u1 ) 0 k1 (u2 u1 ) k2 (u3 u2 ) 0 k2 (u3 u2 ) k3 (u4 u3 ) 0 k3 (u4 u3 ) k4 (u5 u4 ) 0 k4 (u5 u4 ) F 0
单元刚度阵
R K u F
K u F
1.3 有限元法概念－基本思想
分割、 逼近 y p
Vi vi
Ui
ui
单个 单元 求解
Vj
vj
q r
Uj
uj
vm
Vm
Um
um
x 单元 组合wk.baidu.com
F k
e
e
边界条件和载荷
2017/9/17
单元属性和网格
1.4 有限元法概念－计算基本流程
5 有限元分析学习的基本方法
掌握有限元分析相关的基础课程和专业知识，比如：材料力学、弹
性力学、有限元基础、 振动基础等等；
先从线性静力学结构分析学起，掌握一些有限元分析的基本术语， 熟练掌握有限元分析的工作流程和关键步骤；

掌握静力学有限元分析方法后，根据工作或者研究的需要，学习
一些专业模块的有限元分析方法，比如振动响应、热力学等有限元 分析；
后处理：提取数据，云图，绘制曲线、计算结果评价，导出数据等；
2.2 有限元的分类（1）
有限元法可以分为两类，即线弹性有限元法和 非线性有限元法；
线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的， 所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在 这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系， 满足广义胡克定律； 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线 弹性动力学分析两方面。
由 分 到 合
物体离散化
单元特性分析
单元组集
求解未知节点位移
1.5 有限元法概念－有限元模型的构建
（理想化的数学抽象）
真实系统 FEM模型
载荷
节点
单元
约束 节点：空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用； 单元：一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)，单元 有线、 面或实体以及二维或三维的单元等种类； 有限元模型：由一些单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷和约束。
UG NX8.5有限元分析前提知识- 简介
有限元法基础知识介绍 有限元分析操作流程介绍
UG NX有限元分析介绍 有限元分析结果评价的常见方法 有限元分析学习的基本方法
1.1 有限元法概念－问题引出
规则截面零件可以利用 理论公式计算应力、应变等， 但变截面或者复杂截面？ 如图所示，复杂截面采 用近似法；
FEM2
FEM3
FEM4
SIM1
SIM2
3.3 UG 有限元分析的文件结构含义
主模型部件：分析的原始设计部件 包含主模型，装配，未修改的部件几何体； 理想化部件：是原始部件的一个相关拷贝/提升体 可进行编辑，以提高分析质量； 有限元文件 包含材料属性、网格属性、单元类型和大小等； 仿真文件 包含所有的仿真数据，求解方案，求解步骤，边界条件；
仿真导航器窗口分 级树及其主要节点
4 有限元分析结果评价的常见方法
以线性静力学分析为例，其解算后的结果包括变形位移、应力、应 变和反作用力等项目及其相应的数值，而最为常用需要评价的是位 移和应力两个指标。 1）变形位移 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后引起 的最大变形位移，不能超过设计要求的允许值，判断式简化为： δ max ＜ δ 0 -------- （1-1） 2）应力 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后的 最大应力响应值，不能超过材料自身的许用应力值，判断式简化为： σ max ＜σ 0 ------- （1-2）
分析对象
机构，建筑，单个零件，机 械系统，声场，电磁场…… 离散成各种单元组成的计算模型。 连续问题，变成离散问题；无限 自由度问题，变成有限自由度问 题。计算结果是实际情况的近似。 ● 选择位移模式 ● 分析单元的力学性质 ● 计算等效节点力 利用平衡边界条件把各单元重新 连接起来，形成整体有限元方程
3.4 UG NX提供了两种工作流程
UG NX提供了两种工作流程，分别为自动式和显式两种工作流程方式，如表所示；
3.5 UG NX 有限元分析的工作流程
打开文件，进入高级仿真应用模块； 创建FEM和SIM文件，指定求解器（决定 设置环境和网格语言） 创建Solution； 理想化几何体（移除细节特征，分割几何 体，创建中面等）； 显示FEM文件，准备划分网格； 定义材料属性和网格的物理属性； 检查网格质量； 显示SIM文件，应用载荷和约束到模型； 求解； 进入后处理检查结果。
1.6 有限元法概念－自由度和约束
UY ROTY
方向 结构 热 电 流体 磁
自由度 位移 温度 电位 压力 磁位
ROTZ UZ
UX ROTX
用于描述一个物 理场的响应特性
1.7 有限元法概念－单元类型
点 (质量)
.
. . .
线性
面 (薄壳, 二维实体, 轴对称实体)
.. . . ...
二次
. . . . . . . . .. . . . . .. . .. .
体(三维实体)
线性 二次
线(弹簧，梁，杆，间隙)
. .
2.1 有限元法概念－软件操作基本流程
前处理
分析计算
后处理
前处理：建模，模型简化，材料定义，单元属性，网格划分和网格 检查等，添加边界条件、施加载荷等； 选择计算类型：静力分析，接触分析，瞬态分析，模态分析，谐波分 析，谱分析，声学分析，热分析，电磁场分析等；
k1 0 0 k1 k k k k2 0 1 1 2 0 k 2 k 2 k3 k 3 0 k3 k 3 k 4 0 0 0 0 k4 0 u1 R u 0 0 2 0 u3 0 k4 u4 0 u5 k4 F
3.1 UG NX 有限元分析的文件结构形式1
主模型部件 （*.prt） 理想化部件 （*_i.prt) 有限元模型部件 （*_fem#.fem) 仿真模型部件
（*_sim#.sim)
3.2 UG
NX 有限元分析的文件结构形式3
Master Part
Idealize Part1 Idealize Part2 FEM1
2.3 常见有限元商业软件
Msc/Nastran：著名结构分析软件，由 NASA研制，近年来衍生出 MD Nastran、 NX Nastran、MIDAS Nastran FX等； MSC/Dytran：动力学分析软件； Ansys：通用结构分析软件； Adina: 非线性分析软件； Abaqus：非线性分析软件； …
2.2 有限元的分类（2）
其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础，二者不但在分析 方法和研究步骤上有类似之处，而且后者常常要引用前者的某些 结果。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解； 非线性有限元包括：材料非线性问题、几何非线性和接触边界 非线性等三个工程常见类型；
3.6 仿真导航器窗口分级树及其主要节点
UG NX高级仿真的导航器是一个 图形化、交互式的分级树状形式， 用来显示仿真文件和解算结果的
结构关系、节点内容及其是否处
于激活状态，也方便结果的查看 和评估操作，包括仿真（前处理） 导航器窗口和后处理导航器窗口，
其中仿真导航器窗口分级树中的
主要节点内容、文件名称如图所 示：