结构分析模块简介

1、第一章结构分析模块介绍目标本章介绍了结构场景的一些基本概念。在接下来的章节中，读者将逐渐加强和扩大对这些概念的理解。完成本章后，读者将能够：理解结构分析模块的基本概念。了解结构分析工具栏。使用结构分析导航器。了解结构分析模块的环境。1.1结构分析概述UG NX结构分析模块是一个与Unigraphics集成的简单而强大的有限元建模和分析工具。它为设计工程师和分析师设计和分析几何模型提供了一个分析环境。UG NX结构分析模块对设计工程师和分析师具有以下优势：可以方便地分析单一图形设计模型。结构分析系统使解决设计问题变得更加容易。有限元模型的可扩展性。它更直观。节省时间。因为完成分析只需要更少的步骤

2、。UG NX的其他模块可以在不离开正在进行结构分析的零件的情况下启动。如果几何模型被修改，相关的有限元分析数据可以自动更新，最大限度地减少重复工作。1.1.1什么是结构分析模块结构分析模块是CAE应用软件，可方便地用于零件设计的分析和评价。结构分析方案可以定义为其主要模型的变体。建模应用程序中的以下功能支持结构分析模块：主模型、身体提升和艺术间表达。UG NX的结构分析模块具有强大的仿真管理能力，可以为同一零件或组件建立和管理不同的分析方案。每个分析方案都是从主模型中派生出来的，并且与主模型相关。一旦建立了分析方案，就可以对其进行独立的理想化和分析，最终可以根据最佳或最理想的分析方案更新主模型

3、。分析方案中的几何图形与主模型相关联，但它可以有自己的唯一信息。例如，主模型可以有多个倒圆角，而在分析模型中，这些倒圆角可以被抑制。每个分析方案可以有不同的有限元网格和分析结果。虽然分析方案与主模型相关联，但它可以独立修改，而不会影响主模型。1.1.2一些相关概念1.主模型概念(主模型概念)主模型的概念有助于区分分析方案模型和组件文件。分析方案模型本质上是一个装配文件。主模型几何结构是“分析方案”的组成部分，有限元模型、分析数据和几何控制数据存储在分析方案中。2.身体提升(身体提升)体积提升的功能是提供主模型几何图形的独立且可变的副本，以保持分析方案的特殊特征(例如，板的中间平面特征)。对主模

4、型几何的任何修改都将影响分析方案中的提升体。3.形状简化(形状简化)主模型的几何形状的简化(例如，抑制某些特征)是通过组件之间的相关表达式来实现的。因此，分析方案可以有不同于主模型的表达式。1.1.3结构分析方案架构的内部工作模式分析方案的内部工作模式如图1-1所示。图1-1分析方案的内部工作模式结构分析的体系结构基于目录结构、组件之间的关联表达式、装配和车身提升。在任何时候，如果需要，结构分析可以自动完成提升操作。例如，创建中板时，系统将自动完成卷提升操作以创建相应的中板。因此，很容易理解为什么必须激活缺省文件中的“INTERPART MODELING”和“PROMOTIONS”。1.1.4

5、分析方案的目录结构当开始应用结构分析时，会发现在第一个分析方案建立之前什么也没有发生。一旦建立了分析方案，系统将：创建一个与装配文件同名的文件夹。创建一个名为场景_1的新文件。将主模型作为组件添加到场景_1。所有分析方案的结构形式如图1-2所示。图1-2分析方案的结构1.1.5分析过程结构分析的界面类似于Unigraphics的其他应用程序，可以方便地将几何模型转换成具有相关性的有限元模型。变换过程从抑制非主要特征和提取中间平面几何开始，并且还可以编辑和控制模型的特征参数。1.预处理(预处理)网格划分是完全自动的，几何模型是可操作的。支持的元素类型包括线性和二次三角形元素(壳元素)、四边形元素

6、(壳元素)、四面体元素(体积元素)以及各种一维元素和点元素。您可以指定几何模型的全局和局部网格密度。网格与几何模型相关。几何模型改进后，网格可以随时通过命令进行更新，有限元模型可以在求解前进行检查、编辑和修改。设置载荷和边界条件非常方便，并且以图形方式显示。它们都与几何模型相关，几何会发生变化，载荷和边界条件会自动更新。可以通过图形界面快速建立多个载荷和约束。2.分析(分析)结构分析模块为有限元分析提供了四种解算器，即：结构有限元解算器、NASTRAN解算器、ANSYS解算器和ABAQUS解算器。根据所分析的问题，可以设置具体的分析类型，如线性静力分析、线性屈曲分析、模态分析、稳态传热分析、线

7、性热结构耦合分析等。求解器以对话框的形式构建并提交解决方案。规划求解可以提供自适应分析功能，并使用独立的规划求解自适应分析方法自动细化网格。该功能可以实现网格细化的自动化，从而缩短分析时间，提高网格质量，保证分析结果更加准确，并监控求解过程。3.后加工分析计算结果以直观、丰富多彩、图形化的方式显示，便于理解，包括节点和单元的分析结果数据。分析结果也可以通过动画显示(结构分析和模态分析)。可以在同一个窗口中直接比较不同的分析方案。此外，分析结果可以方便地以各种常见的硬拷贝格式输出。1.1.6结构分析的基本特征1.初步分析和详细分析设计工程师和分析人员可以利用UG NX结构分析模块快速完成有限元模

8、型的初步分析和详细分析。UG NX结构分析模块是专门为具有以下要求的用户设计的：相关性分析几何模型和CAE数据之间的完全相关性，例如网格、网格密度参数、载荷和边界条件。原始模型的任何改变都可以通过简化的几何模型转移到有限元分析模型。产品主模型的结构分析模块采用主模型的体系结构。几何模型的简化和修改在装配级别完成。这确保了分析模型的准备不会与主模型数据冲突。线性分析结构分析模块提供线性静态分析、模态分析和稳态热传导。2.模型准备结构分析使用Unigraphics中的标准建模技术来建立几何图形、特征和参数。在结构分析中，可以修改详细设计模型以建立适当的分析模型。模型准备过程包括理想化、简化和参数变

9、化。这个过程不仅限于模型的简化，还包括模型的扩展。3.自动网格划分工具自动网格生成工具可以有效减少建立有限元模型的时间，为自动网格更新提供平台。在结构分析中，有以下自动网格划分工具：点网格(零维网格)波束网格(一维网格)壳网格(二维网格)三维网格(三维网格)结构分析还提供了额外的网格工具，支持以下类型的网格工具：接触网(接触网)焊接网(焊接网)网格匹配条件(网格匹配条件)一维元素截面(1D元素截面)边缘面连接(边缘面连接)网格与设计模型或理想化模型相关联。但是，在模型修改过程中，网格不会自动更新。分析师可以控制网格更新的过程。4.负载和边界条件在结构分析中，载荷和边界条件施加在几何上，而不是有

10、限元上。载荷和边界条件与几何模型相关，并且是参数化的。当设计模型改变时，可以更新载荷和边界条件。5.材料特性您可以将材质属性指定给网格单元。对于线性静态分析、模态分析、热结构耦合分析和疲劳分析，UG NX结构分析模块中的材料属性选项提供了一个材料属性数据库。6.分析在当前版本的UG NX结构分析中支持以下解算器：结构工程、NASTRAN、ANSYS和ABAQUS。7.后处理器结构分析后处理器提供了许多有用的功能，包括：云图等高线图图表动画显示控制器1.1.7启动结构分析模块有两种方法可以启动结构分析模块：单击工具栏上的结构分析图标。从UG NX主菜单中选择应用结构，如图1-3所示。启动结构分析

11、模块，显示结构分析工具栏，如图1-4所示。图1-3开始结构分析模块图1-4结构分析工具栏1.1.8结构分析工具栏通过点击结构分析工具栏上的功能图标，可以快速简单地建立和管理分析方案的数据。这些功能包括：环境设置、模型准备、材料、载荷和边界条件设置、有限元网格自动划分、模型检查、分析设置和提交、后处理和报告创建。在图1-4所示的结构分析工具栏上，图标根据分析过程从左到右排列。具有相似功能的图标排列在一个堆栈中。单击堆栈右侧的向下箭头，向下展开堆栈以选择命令或功能。图1-4中结构工具栏上的所有图标堆栈都已展开。图标的名称如表1-1所示。表1-1结构分析工具栏上每个功能图标的名称序列号姓名序列号姓名

12、序列号姓名1环境(选择分析类型)*14难点27一维元素截面2有限元模型更新*15材料属性*28零维网格3编辑场景特征参数16负载*29属性编辑器*4抑制特性17边界条件*30有限元模型检查*5释放特性18边和面之间的连接31节点和单元信息查询6主要型号*19焊接网格32有限元模型综述7理想化的几何20接触网33优化设置*8模型分割21面部接触网34有限元解*9提取中间表面22网格配对条件35分析作业监视器10面部混合23三维四面体网格*36分析结果的后处理*11面连接24三维扫描网格*37创建报告*12缝合25二维网格*38输出报告13人脸分割26一维网格*39疲劳载荷变量下面描述了结构分析工

13、具栏中的一些选项(表1.1中显示的选项用*标记)，其余的将在后面的章节中讨论。1.环境此选项用于定义当前工作所需的环境。您可以从列表中选择求解器和分析类型。2.更新有限元模型调用此选项时，所有有限元对象都可以更新，以匹配几何图形更改或属性编辑器所做的属性更改。一旦进行了任何更改，更新图标将被激活，并且有限元对象可以随时更新。3.主要型号尺寸此选项调用“尺寸编辑”对话框来更改模型参数。通过改变这些参数，可以研究可能的设计方案。使用“尺寸编辑”对话框更改组件间相关性表达式(IPE)，以便更改当前分析方案中的模型尺寸。更改分析方案中的任何特征和草图尺寸都不会影响主模型和其他分析方案。4.材料特性此图

14、标调用“材质属性”对话框，该对话框可以为单元和网格对象定义相应的材质属性。5.负荷此功能提供用于创建、编辑和显示载荷的工具，并支持各种结构分析和热分析载荷。负载由负载案例组织和管理。6.边界条件该功能提供了创建、编辑和显示边界条件的工具。边界条件集可用于组织和显示边界条件。一组边界条件本质上是一组边界条件，它可以包含一个或多个边界条件。7.三维四面体网格该函数调用实体网格生成器来生成包含多个实体的网格实体或组件，并且可以生成具有4个或10个节点的四面体网格单元。允许指定各种参数，例如像元大小、纵横比、曲率因子、曲率控制标志、中间节点捕捉标志以及像元和边界参数的显示。8.三维扫描网格对于在某个方

15、向上横截面不变的实体，3D扫描网格功能可以通过在实体上进行扫描来创建六面体网格。9.二维网格单击此图标启动壳网格生成器，以网格化单个曲面或多个曲面。在大多数情况下，2D网格是简单的四边形单元或具有中间节点的四边形单元。在某些情况下，三角形元素被用来避免坏元素。10.一维网格该功能提供了创建和编辑各种一维网格元素的工具，如梁元素、弹簧元素、阻尼元素等。11.属性编辑器属性编辑器是一个交互式编辑工具，可以应用于任何可选的实体。具体的编辑内容取决于当前的系统模式。12.有限元模型检验有限元模型检查功能用于检查当前模型的完整性和正确性。13.优化设置优化设置功能可以定义结构优化操作所需的所有信息。14.有限单元解法有限元求解功能用于生成分析所需的有限元数据文件，并将其提交进行分析和求解。15.分析结果的