第1章
在本章中，将学习：高级仿真的功能。由高级仿真使用的文件。
高级仿真入门
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
UGNX4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NXNastran、MSCNastran、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。
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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。NX流体解算器是一种计算流体动力学（CFD）解算器。它允许分析师执行稳
态、不可压缩的流分析，并对系统中的流体运动预测流率和压力梯度，也可以使用NX传热和NX流体一起执行耦合传热/流体分析。
1.2仿真文件结构
当向前通过高级仿真工作流时，将利用4个分离并关联的文件去存储信息。要在高级仿真中高效地工作，需要了解哪些数据存储在哪个文件中，以及在创建那些数据时哪个文件必须是激活的工作部件。这4个文件平行于仿真过程，如图1-2所示。
图1-2仿真文件结构
设计部件文件的理想化复制
当一个理想化部件文件被建立时，默认有一.prt扩展名，fem#_i是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个理想化部件被命名为plate_fem1_i.prt。
一个理想化部件是原设计部件的一个相关复制，可以修改它。
理想化工具让用户利用理想化部件对主模型的设计特征做改变。不修改主模型部件，
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而按需要在理想化部件上执行几何体理想化。例如，可以移去和抑制特征，如在分析中被忽略的小的几何细节。
对同一原设计部件文件的不同类型分析可以使用多个理想化文件。
仿真文件
当建立一仿真文件时，默认一个仿真文件有一.sim扩展名，_sim#是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个仿真文件被命名为plate_sim1.sim。
仿真文件含有所有仿真数据，如解答、解算设置、载荷、约束、单元相关的数据、物理特性和压制，可以对文件建立许多关联到同一FEM的仿真文件。
当执行多个分析类型时，4个分离的文件提供灵活性。如果允许更新，4个文件是关连的。
1.3高级仿真工作流程在开始一个分析前，应该对试图求解的问题有一彻底了解。应该知道将利用哪个求解器，正在执行什么类型的分析和需要什么类型的解决方案。下列简要摘录了在结构仿真中通用的工作流程。
（1）在NX中，打开一部件文件。
（2）启动高级仿真应用。为FEM和仿真文件规定默认求解器（设置环境，或语言）。
注意：也可以选择先建立FEM文件，然后再建立仿真文件。
（3）建立一解决方案。选择求解器（如NXNastran）、分析类型（如Structural）和解决方案类型（如LinearStatics）。
（4）如果需要，理想化部件几何体。一旦使理想化部件激活，可以移去不需要的细节，如孔或圆角，分隔几何体准备实体网格划分或建立中面。
（5）使FEM文件激活，网格划分几何体。首先利用系统默认自动地网格化几何体。在许多情况下系统默认提供一好的高质量的网格，可无须修改使用。
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（6）检查网格质量。如果需要，可以用进一步理想化部件几何体细化网格，此外在FEM中可以利用简化工具，消除当网格划分模型时由CAD几何体可能引起的不希望结果的问题。
（7）应用一材料到网格。
（8）当对网格满意时，使仿真文件激活、作用载荷与约束到模型。（9）求解模型。
（10）在后处理中考察结果。
1.4仿真导航器
仿真导航器（SimulationNavigator）提供在一树状结构中，一个观察和操纵一CAE分析的不同文件和组元的图形方法。每一个文件和组元被显示为在树中的一分离节点，如图1-3所示。
在仿真导航器中提供了直接存取直通快捷菜单。可以在仿真导航器中直接执行大多数操作，代替使用图标或命令。例如，建立一新的求解定义，可以把载荷和约束从一容器拖到仿真导航器的另一个中。
图1-3仿真导航器
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1.4.1在仿真导航器中的节点
仿真导航器的顶部面板列出显示文件的内容。如图1-4所示为在一个顶级仿真文件内的容器例子。选中复选框可以控制项目的显示。
图1-4仿真导航器中的各种节点
表1-1所示的是仿真导航器中各种节点的高级综述。
表1-1仿真导航器节点描述
图
标
节
点
名
节点描述
含有所有网格数据、物理特性、材料数据和多边形几何体。FEM
FEM
文件总是相关到理想化。可以关联多个FEM文件到一单个理想化部件
主模型部件
当主模型部件是工作部件时，在主模型部件节点上右击建立一新的FEM或显示已有的理想化部件
含有多边形几何体（多边形体、表面和边缘）。一旦网格化有限
多边形几何体元模型，任何进一步几何体提取发生在多边形几何体上，而不是在理想化或主模型部件上
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续表
图
标
节
点
名
节点描述
1D网格含有所有一维（1D）网格
3D网格含有所有三维（3D）网格
载荷容器
含有指定到当前仿真文件的载荷。在一解决方案容器内，载荷容器（LoadContainer）含有指定到给件子工况的载荷
解决方案含有解决方案对象、载荷、约束和对解决方案的子工况
含有从一求解得来的任一结果。在后置处理器中，可以打开结果
结果
节点，并利用在仿真导航器内的可见复选框去控制各种结果组的显示
1.4.2仿真文件视图
仿真文件视图是一个特殊浏览器窗口，存在于仿真导航器中。该窗口：
显示所有已加载的部件，以及这些部件到主模型部件层次关系中的所有FEM和仿真文件。
允许轻松更改显示的部件，方法是双击要显示的部件。
如果某一实体正在显示，图标则显示为彩色，且名称会高亮显示。
如果某一实体不在显示，图标则变灰。
允许在任何设计或理想化部件上创建新的FEM和仿真文件，而不必首先显示
部件。
仿真文件视图如图1-5所示。
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图1-5仿真文件视图
1.5练习
在本练习中利用一三维实体网格，分析一个连接杆部件，了解高级仿真工作流程，并学习：
打开部件及建立FEM和仿真文件。在网格化前理想化几何体。网格化部件。
为网格定义一材料。作用载荷和约束到部件。求解模型。观察分析结果。
第1步打开部件，启动高级仿真
在NX中，打开rod.prt部件，如图1-6所示。启动AdvancedSimulation应用。选择Start→AllApplications→AdvancedSimulation。在资源条上，单击SimulationNavigator图标
保持仿真导航器打开。
在仿真导航器中，右击rod.prt并选择NewFEMandSimulation。如图1-7所示，NewFEMandSimulation对话框列出3个已自动建立的新文件。Default
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Language下NXNASTRAN为求解器，AnalysisType选择Structural。
图1-6rod.prt图1-7NewFEMandSimulation对话框
单击NewFEMandSimulation对话框中的OK按钮。
出现CreateSolution对话框，如图1-8所示，默认Solver是NXNASTRAN。单击CreateSolution对话框中的OK按钮。
SimulationNavigator显示Simulation和FEM文件，如图1-9所示。
图1-8CreateSolution对话框图1-9仿真导航器
第2步理想化几何体
对此练习，某些设计特征可以从部件移去，因为它们对分析是不重要的。
在SimulationNavigator中，如果SimulationFileView是被折叠，单击SimulationFile
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View条打开它。双击rod_fem1_i。
提示：也可以选择文件名，右击并选择MakeDisplayedPart。
理想化的部件现在在仿真导航器中被激活。
在AdvancedSimulation工具栏中，单击IdealizeGeometry图标随Idealize对话框打开，选择部件。选中Holes复选框。
。
注意：设置直径到10，两个螺栓孔被亮显，因为每一个直径小于或等于10mm。
单击OK按钮。
孔从理想化部件被移去，如图1-10所示。
图1-10理想化部件
单击Save图标，存储激活的文件。
第3步划分部件网格
为了划分部件网格，首先需要使FEM文件激活。在SimulationFileView中，双击rod_fem1。FEM文件被激活并列在仿真导航器的顶部。
在AdvancedSimulation工具栏上，单击3DTetrahedralMesh图标
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图1-11网格化部件图1-12网格节点
单击Save图标，存储FEM文件。
。
第4步为网格定义一材料
在AdvancedSimulation工具栏上，单击MaterialProperties图标
提示：也可以选择Tools→MaterialProperties。
在Materials对话框中，单击Library图标
中的箭头，然后单击
Bearing图标
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图1-13关断3D网格显示
注意：也可以利用SimulationNavigator，在激活的解决方案（Solution1）中，右击Loads，
并选择NewLoad→Bearing去建立载荷。
轴承载荷要求规定一柱形表面（或圆形边缘），和一规定最大载荷方向的矢量。首先，选择几何体——轴承载荷将作用的柱面。
打开CreateBearing对话框，选择在部件右端的柱面，如图1-14所示。
图1-14选择载荷作用表面
在Force文本框中输入1000。
注意：区域角（RegionAngle）设置到180。这意味着载荷将作用到柱面超过180°。
其次，选择要定义的最大载荷的矢量方向。单击InferredVector图标
单击OK按钮。
载荷建立并显示在图形中，如图1-15所示。
在载荷上显示的箭头是一bit，利用BCEditDisplay对话框改变边界条件的外貌。在SimulationNavigator中右击Solution（1）下的Bearing（1）载荷，然后选择Style。在BCEditDisplay对话框中，微微移动Scale滑块向左减少箭头尺寸，然后单击
OK按钮。
箭头尺寸改变，如图1-16所示。
。
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图1-15建立并显示载荷图1-16修改后的载荷显示
第6步作用第一约束
利用一销住约束，在杆的一端约束大的弯曲面。该约束将仿真此面怎样与另一部件上的对应面匹配。
一个销住约束定义一旋转轴。一旦选择了一柱面，建立一柱坐标系，R和Z方向将被固定，Theta（旋转）方向是自由的。
在AdvancedSimulation工具栏上，单击ConstraintType图标
。
注意：也可以利用SimulationNavigator，在激活的解决方案（Solution1）中右击Constraints
并选择NewConstraint→PinnedConstraint。
打开CreatePinnedConstraint对话框，选择在连接杆底部的大弯曲面，如图1-17
所示。单击OK按钮。
约束被作用的显示。由约束建立的圆柱坐标系也是可见的，如图1-18所示。
图1-17选择底部的大弯曲面图1-18建立与显示销住约束
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第7步作用第二约束
部件已被约束，但绕Z轴仍然可自由旋转。现在部件顶部加另一约束，防止一刚体运动。将利用用户定义的约束，在一个自由度中约束点。
单击ConstraintType图标
在CreateUserDefinedConstraint对话框中的DOF1框中，单击Fixed图标
。
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提示：也可以在AdvancedSimulation工具栏上单击Solve图标，显示Solve对话框。注
意ComprehensiveCheck要选中。单击OK按钮。
显示Information窗口，再次综合检查数据。
如果通过检查，出现AnalysisJobMonitor对话框，它显示任务正在运行。分析在后台运行，所以可以继续用NX工作，而有限元分析正在被计算。
当任务完成时，关闭Information窗口。
在AnalysisJobMonitor对话框上单击Cancel按钮。
现在解算完成，如图1-21所示，Results节点在SimulationNavigator中可以见到。第9步观察分析结果
现在利用后置处理器观察分析结果。在SimulationNavigator中，双击Results。
提示：也可以单击AdvancedSimulation工具栏上的Results图标。
结果显示在后置处理器窗口中，如图1-22所示。
图1-21Results节点图1-22结果显示
显示PostControl工具栏，如图1-23所示。
图1-23PostControl工具栏
提示：如果PostControl工具栏是不可见的，在Application工具区右击并选择PostControl。
第10步在仿真导航器中考察结果
通过简单选择规定需要的类型，可以改变显示的结果类型。注意：默认选择位移类型。
许多结果类型有专门的子类型（数据组元）。在图1-24中，Displacement已经展开以显示不同数据元。
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图1-24展开的位移节点
在SimulationNavigator中，展开SUBCASE—STATICLOADS1Loads。展开Displacement—Nodal。
选中Y组元复选框。
显示更新以展示Y位移值，如图1-25所示。
图1-25Y位移值
第11步退出后置处理器
当完成观察结果时，可以退出后置处理器。
在PostControl工具栏上，单击FinishPostProcessing图标
。
提示：也可以选择Tools→Results→FinishPostProcessing。
关闭所有部件文件。