UG仿真基础知识简介教程

FEM2
Idealize Part2
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；
1.6 有限元法概念－自由度和约束
UY ROTY
ROTZ UZ
UX ROTX
用于描述一个物 理场的响应特性
方向
结构 热 电
流体 磁
自由度
位移 温度 电位 压力 磁位
1.7 有限元法概念－单元类型
点 (质量)
.
..
面 (薄壳, 二维实体,
. ..... .. 轴对称实体)
线性
二次
线(弹簧，梁，杆，间隙)
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。
分析对象
由
物体离散化
分
到
合 单元特性分析
单元组集
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
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
…
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
Idealize Part1
Master Part
FEM1
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；
..
. .体..(.三维实.体.).............
线性
二次
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；
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。
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；
k1 k1
0
0

k1
k1 k2
k2
0
0
k2 k2 k3 k3
0
0
k3 k3 k4
0
0
0
k4
0 u1 R
0 0 k4

uu32 u4
Fra Baidu bibliotek

00 0

k4 u5 F
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。
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；
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
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；
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；
单元刚度阵
R KuF
Ku F
1.3 有限元法概念－基本思想
分割、 逼近
y
Vi
单个 单元
p
vi
U i 求解
ui
Vj
vj q
Uj
Vm
uj r
vm
Um
um
x
Fe k e
单元
组合
边界条件和载荷
单元属性和网格
2019/8/11
1.4 有限元法概念－计算基本流程