cae分析流程.pdf

NX Nastran 基本分析流程规范文档基本分析流程规范文档 1. 定义问题 确定问题属于哪一个物理范畴的仿真，简单的勾勒其物理模型。 2. 指定分析类型 根据实际情况选择 NX Nastran 的求解序列 3. 创建几何模型 创建所需的几何模型 4. 创建有限元网格模型 进入仿真环境将几何模型网格化 5. 指定材料属性 指定所需的材料物理属性 6. 定义边界条件 根据实际工程确定约束 7. 施加载荷 将载荷添加至有限元模型 8. 控制分析输出 设定输出选项 9. 完成输入文件并运行模型 提交 NX Nastran 求解 10. NX Nastran 输出 查看输出结果 11. 检查分析结果 对结果文件进行查看并检查 1.1. 定义问题定义问题 理解问题的物理范畴问题初步分类。我们要解决一个问题，首先要考 虑这个问题属于哪个范围，或者说学科。也就是说要考虑在解决问题的过程 中，需要用到哪些学科的知识。举例来说：一个单向拉伸试验（固体静态单 方向受力、单个约束问题）；一艘核潜艇在水下发射一枚对地导弹（导弹对 潜艇的反作用，导弹自身要经历流体海水、流体与气体的交界、大气、防御 工事-固体流固气耦合问题，当然了其中还有电子控制，地磁场干扰等等 问题。这两个例子太枯燥了，我们的女同学可能不太感兴趣，那么我们 来讲一个比较有趣的例子。接下来我们讨论一个女同学比较感兴趣的例子： 一朵玫瑰花的开放。粉红色的玫瑰在刚刚透出一丝金色阳光的晨曦中，缓缓 的开放了红嘟嘟的玫瑰静悄悄地开如果我们要考虑它为什么开放， 以及由此带来的影响，那就要涉及很多学科：土壤、气候、肥料、包装、运 输、市场等等。仅仅考虑花瓣的伸展，那么它是一个力学问题，花瓣之间的 推挤、交错，多个花瓣几何形状的改变产生的力相互作用。这些相互作用的 力都是很微小的，但是，如果这些微小的力被限制在一个狭小的空间里，就 会产生不容忽视效果。在一个盛满豆子的木桶里倒点水，过几天，你发现木 桶被撑破了，也就是说豆子发芽的力把桶撑破了。这里还有个经典的问题， 叫做蝴蝶效应。我们这里一只蝴蝶振了一下翅膀，美国加州海岸就发生了一 次浪高 10 几米的大海啸。蝴蝶的翅膀振动不断地被传递、放大，最终引发了 海啸。这个就叫做蝴蝶效应。不过，哪天你发现前排一个女同学的手指动了 一下，然后后排一个男同学的耳朵就红了，这个不叫蝴蝶效应，这个叫心电 感应！我要有这样一只蝴蝶就厉害了，我让它每天振 3 次，早中晚饭前各一 次，哪天我心情不好了饭后再多振一次。好，梦做完了，我们接着讲课。如 果我们只考虑花开放的过程，怎么才能用电脑把花开放的过程模拟出来呢？ 这个过程中有哪些问题要处理，涉及到哪些学科呢？这些都是我们接下来要 学习的过程模拟，或者说，过程仿真，英文名字叫做 Simulation. 2.2. 指定分析类型指定分析类型 确定用什么类型的求解方法来处理问题。在每个 CAE 软件中，对应不同的 问题都有不同的解法分类。下面具体说一下在 NX 中对不同解法的分类。目的 呢就是让大家了解对什么问题应该采用什么样的解法。这个不需要大家去记， 需要的时候查一下就可以了。用的时间长了也就自然而然的记住了。 下表显示了下表显示了对每个受支持解算器支持的分析类型和解法类型。对每个受支持解算器支持的分析类型和解法类型。 分析分析 类型类型 分析类型描述分析类型描述 支持的解法类型支持的解法类型 NX Nastran MSC Nastran ANSYS ABAQUS 结构 线性静态 SESTATIC101 - 单 个约束 SESTATIC101 - 多 个约束 SESTATIC101 - 单 个约束 SESTATIC101 - 多 个约束 线性静态 静态摄动 模态分析 SEMODES103 SEMODES103 - 响 应仿真 SEMODES103 模态 频率摄动 分析分析 类型类型 分析类型描述分析类型描述 支持的解法类型支持的解法类型 NX Nastran MSC Nastran ANSYS ABAQUS 线性屈曲 SEBUCKL105 SEBUCKL105 屈曲 屈曲摄动 非线性静态 NLSTATIC106 NLSTATIC106 非线性静 态 常规 直接频率响应 SEDFREQ 108 直接瞬态响应 SEDTRAN 109 模态频率响应 SEMFREQ 111 模态瞬态响应 SEMTRAN 112 非线性瞬态响应 分析 NLTRAN 129 NLTRAN 129 高级非线性静态 （隐式） ADVNL 601,106 高级非线性瞬态 响应（隐式） ADVNL 601,129 高级非线性动态 分析（显式） ADVNL 701 热 稳态热传递 NLSCSH153 NLSCSH153 热 热传递 轴对 称结 构 轴对称结构 SESTATIC101 - 多 个约束 NLSTATIC106 ADVNL 601,106 ADVNL 601,129 SESTATIC101 - 多 个约束 NLSTATIC106 线性静态 非线性静 态 静态摄动 常规 轴对 称热 轴对称热 NLSCSH153 NLSCSH153 热 热传递 如果您选择解算器，选项将包括上表中未列出的几种解算器类型： NX Nastran Design 该解算器是适用于设计仿真用户的 NX Nastran 解算器的流 线型版本。可以使用 NX Nastran Design 来执行线性静态、振动（自然）模式、线性 屈曲和热分析。有关更多信息，请参见表中的 NX Nastran 列。 NX 热/流 - 通过此解算器可以执行热传递和计算流体动力学 (CFD) 分析。 可将两种 解算器单独使用或结合使用来获得耦合的热流结果。有关更多信息，请参见 NX 热和 流简介。 NX Electronic System Cooling - 此解算器是一个综合的热传递和流仿真套件，它将 热分析和计算流体动力学 (CFD) 分析相结合。可以使用此解算器来分析电子设计的复 杂热问题。有关更多信息，请参见 NX 电子系统冷却简介。 NX 空间系统热- 此解算器提供了用于空间和常规应用的热仿真工具的综合套件。有 关更多信息，请参见 NX 空间系统热简介。 LSDYNA 此版本的 NX 中的 LS-DYNA 解法类型用于将来扩展。您可以创建 FEM 并使用“导出仿真”来写入 LS-DYNA 关键字文件，但仿真文件不支持边界条件和载荷，并且 解算解算选项不起作用。 3.3. 创建几何模型（创建几何模型（CADCAD 模型）模型） 我想这个就不用多说了吧，大家都很熟悉了。在座的大多数同学将来都会 从事这方面的工作。我在这里要强调的一点就是：CAE 对 CAD 的要求。也就 是说，一个好的 CAD 模型，在满足设计要求的同时，还要满足 CAE 分析的要 求。说的通俗点就是几何模型应该让 CAE 分析师用起来很舒服，顺手。而不 是让 CAE 分析师频繁的找你沟通一些模型本身的问题。例如：重复线条、不 连续面、破碎面、多余小边角、甚至尺寸缺失等等。即使我们这样要求了， 现实情况还是：CAD 和 CAE 工程师有很多的工作时间都耗费在了 CAD 模型沟 通上。 4创建有限元网格模型创建有限元网格模型 这是 CAE 分析中占时间最长，工作最繁琐的一个部分。所有的软件都在努 力地降低这个过程的人工工作量。目前已经取得了很大的进展，也就是说网 格已经基本实现了自动划分。但是，对于复杂的系统，自动划分的网格是远 远不能满足要求的。在计算量和计算结果准确度方面都还不能让人满意。归 根到底，一句话，网格划分还需要人工干预。这就像我们的市场经济，主要 是靠市场调节，但是也不能完全排除政策干预。 这一部分可以分为两大块：几何清理和网格划分。 几何清理是在 CAD 模型上进行的，目的是产生可以用于网格化的几何模 型。 网格划分是用适当的网格类型将清理好的几何模型离散化（网格化）。 5指定材料属性指定材料属性 指定所需材料的物理属性。材料类型：金属、玻璃、橡胶、复合材料等等 按力学状态又可以分为：弹性、塑性、粘弹性、超弹性等等。一般材料的参 数有：弹性模量、剪切常数、热膨胀系数、摩擦系数、屈服强度、断裂强度 等等。 6. 定义边界条件定义边界条件 边界条件是为了说明几何体跟外界环境的连接方式而提出的。 根据连接方 式的不同可以分为：固定、简支、轴承、铰链、滑块等等。不同的软件提供 的约束类型也是不完全一样的。 7. 施加载荷施加载荷 载荷类型：拉、压、弯、扭、重力、离心力、等等。主要是两个问题： 类型、大小和方向。 8. 控制分析输出控制分析输出 指定输出的数据结果：力、位移、应力、应变、应变能、支反力等等。 9. 完成输入文件并完成输入文件并求解求解模型模型 将以上定义好的 CAE 模型形成文件并提交给求解器求解。如果定义模型 过程中有任何错误，将不能求解。因此在求解前最好让软件进行模型检查。 检查结果会以文本或图形等形式指出错