УДК [62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation
ББК 30.4с515
Г65
Гончаров П. С., Артамонов И. А., Халитов Т. Ф., Денисихин С. В., Сотник Д. Е.
Г65 NX Advanced Simulation. Инженерный анализ. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 504 с.: ил.
ISBN 978-5-94074-841-0
Книга будет интересна инженерам-конструкторам, которые работают с NX и хотят воспользоваться
приложениями для инженерного анализа, и профессиональным инженерам-расчетчикам, использующим
другие решения и желающим познакомиться с системой NX Advanced Simulation, а также сегодняшним
пользователям системы, заинтересованным в повышении своей квалификации.
Книга сопровождается большим количеством примеров. Все модели, рассмотренные в книге, вы
сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по следующей ссылке: www.
siemens.com/plm/ru/cae.
УДК [62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation
ББК 30.4с515
Все права защищены. Siemens и логотип Siemens являются зарегистрированными торговыми знаками
Siemens AG. D-Cubed, Femap, Geolus, GO PLM, I-deas, Insight, JT, NX, Parasolid, Solid Edge, Teamcenter,
Tecnomatix and Velocity Series и знаки инноваций являются торговыми знаками или зарегистрированными
торговыми знаками компании Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. либо ее дочерних
компаний в США и других странах. Права на все прочие логотипы, торговые знаки, зарегистрированные
торговые знаки и знаки услуг принадлежат их владельцам.
Издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
© Общество с ограниченной ответственностью
«Сименс Индастри Софтвер», 2012
© Оформление, Общество с ограниченной
ответственностью «Сименс Индастри
Софтвер», 2012
ISBN 978-5-94074-841-0
© Издание, ДМК Пресс, 2012
Стр.3
Содержание
Содержание
Предисловие ...................................................................................................... 6
Исторические корни NX Advanced Simulation ..................................................................................7
Часть I. Современные инструменты инженерного анализа
в NX CAE ............................................................................................................. 9
Глава 1. Начало работы с NX Advanced Simulation ......................................... 9
1.1. Процесс инженерного анализа в NX Advanced Simulation .......................................................9
1.2. Возможности модуля NX Advanced Simulation ........................................................................10
1.3. Типы расчетов в NX Advanced Simulation ................................................................................12
1.4. Структура и этапы создания расчетной модели .....................................................................14
1.5. Основы метода конечных элементов .....................................................................................18
Глава 2. Подготовка геометрической модели .............................................. 23
2.1. Интеграция проектирования и расчетов ...............................................................................23
2.2. Команды панели инструментов Подготовка модели..............................................................25
2.3. Команды панели инструментов Срединная поверхность .....................................................37
2.4. Команды панели инструментов Синхронное моделирование ..............................................46
Глава 3. Создание и работа с конечно-элементными моделями ................ 59
3.1. Структура КЭ модели. Навигатор симуляции ..........................................................................59
3.2. Основные понятия о коллекторах. Материалы ......................................................................62
3.2.1. Работа с коллекторами, физические свойства .............................................................62
3.2.2. Библиотека материалов ................................................................................................64
3.3. Создание конечно-элементной модели ..................................................................................68
3.3.1. Создание 3D сеток .........................................................................................................68
3.3.2. Создание 2D сеток .........................................................................................................76
3.3.3. Создание 1D элементов ................................................................................................85
3.3.4. Создание 0D элементов ................................................................................................94
3.3.5. Операции с узлами и элементами ...............................................................................96
3.3.6. Условия сопряжения сеток .........................................................................................102
3.4. Ассоциативные данные конечных элементов ......................................................................105
3.4.1. Пространственные и оболочечные элементы ............................................................105
3.4.2. 0D и 1D элементы. Работа с балочными элементами ................................................108
3.5. Дополнительные возможности для КЭ моделей ..................................................................111
3.5.1. Параметры сетки .........................................................................................................111
3.5.2. Проверка конечно-элементной модели ....................................................................113
3.5.3. Импорт/экспорт КЭ моделей .......................................................................................115
3.6. Работа с полигональной геометрией ....................................................................................118
3.7. КЭ модели сборок .................................................................................................................124
3.7.1. Создание КЭ моделей сборок .....................................................................................125
3.7.2. Особенности работы с КЭ моделями сборок ..............................................................130
3.8. Пример. Создание конечно-элементной модели П-образной рамы ...................................133
499
Стр.500
Содержание
3.8.1. Импорт геометрической модели и создание новой КЭ модели .................................134
3.8.2. Создание срединных поверхностей ...........................................................................136
3.8.3. Задание условий для непрерывности КЭ сеток ..........................................................137
3.8.4. Создание 2D сетки. Задание физических свойств .....................................................138
3.8.5. Создание 3D сетки. Задание физических свойств .....................................................140
3.8.6. Моделирование неучтенных элементов конструкции ...............................................141
3.8.7. Настройка отображения .............................................................................................143
Глава 4. Создание расчетной модели .......................................................... 146
4.1. Структура расчетной модели. Навигатор симуляции ...........................................................146
4.2. Системы координат и поля данных ......................................................................................150
4.2.1. Системы координат ....................................................................................................150
4.2.2. Поля данных ................................................................................................................151
4.3. Нагрузки, условия на степени свободы и объекты симуляции ............................................156
4.3.1. Приложение нагрузок .................................................................................................159
4.3.2. Задание ограничений на степени свободы ................................................................163
4.3.3. Объекты симуляции, контактное взаимодействие ....................................................167
4.4. Подготовка к решению .........................................................................................................171
4.5. Пример. Создание расчетной модели и ее решение ...........................................................174
4.5.1. Открытие КЭ модели и создание нового файла расчетной модели ..........................175
4.5.2. Постановка условий контактного взаимодействия и склеивания частей
конструкции ..........................................................................................................................175
4.5.3. Задание нагрузок ........................................................................................................177
4.5.4. Задание ограничений на степени свободы ................................................................179
4.5.5. Выполнение статического анализа .............................................................................180
4.5.6. Просмотр результатов статического анализа .............................................................180
Глава 5. Инструменты визуализации и обработки результатов ................ 183
5.1. Навигатор постпроцессора (Post Processing Navigator) .........................................................183
5.1.1. Дерево результатов Навигатора постпроцессора (Post Processing Navigator) ............183
5.1.2. Импорт файлов результатов ......................................................................................186
5.1.3. Выбор величины для отображения ............................................................................188
5.1.4. Панель инструментов Управление компоновкой ......................................................191
5.2. Основные возможности отображения .................................................................................194
5.2.1. Настройка отображения результатов .........................................................................194
5.2.2. Настройки отображения информации в графической области ................................202
5.2.3. Настройки отображения ребер и граней....................................................................207
5.2.4. Отображение минимальных и максимальных значений ..........................................207
5.3. Дополнительные возможности отображения ......................................................................209
5.3.1. Постпроцессор для сечений балочных элементов .....................................................209
5.3.2. Отображение результатов для оболочечных элементов ...........................................210
5.3.3. Создание анимаций ....................................................................................................211
5.4. Вывод числовых значений ....................................................................................................213
5.5. Работа с графиками ..............................................................................................................216
5.5.1. Создание графиков ....................................................................................................216
5.5.2. Управление графиками ..............................................................................................218
5.5.3. Работа с графиками. Панель инструментов График XY .............................................219
5.6. Дополнительные инструменты анализа результатов ...........................................................220
5.6.1. Результаты свободного тела........................................................................................220
500
Стр.501
Содержание
5.6.2. Манипулирование результатами ...............................................................................221
5.6.3. Экспорт изображений .................................................................................................222
Глава 6. Моделирование композитных конструкций ................................ 224
6.1. Особенности работы с композитными конструкциями в NX ...............................................224
6.1.1. Способы создания композитов и их организация в NX ..............................................225
6.1.2. Терминология и системы координат ..........................................................................225
6.2. Создание композитов на основе физических свойств.........................................................227
6.2.1. Ориентация материала ...............................................................................................228
6.2.2. Описание Разработчика композита ............................................................................229
6.3. Создание композитов с помощью глобальной укладки .......................................................237
6.3.1. Создание и драпировка ..............................................................................................237
6.3.2. Смещение пакета слоев и ориентация материала .....................................................239
6.3.3. Создание зон и дополнительные инструменты работы с композитами ....................240
6.3.4. Создание 3D композитов ............................................................................................243
6.4. Типы материалов и материалы с микроструктурой .............................................................245
6.4.1. Создание материала слоя ...........................................................................................245
6.4.2. Микромеханика материалов слоя ..............................................................................246
6.5. Параметры решения и просмотр результатов ......................................................................250
6.5.1. Параметры решения ...................................................................................................250
6.5.2. Особенности просмотра результатов .........................................................................251
6.6. Краткий обзор теории композитов .......................................................................................254
6.7. Пример. Статический анализ изделия из композитного материала ....................................255
6.7.1. Открытие файлов КЭ и расчетной модели .................................................................256
6.7.2. Задание композитного материала с помощью инструмента Разработчик
композитов ...........................................................................................................................256
6.7.3. Создание драпировки композита ...............................................................................259
6.7.4. Выполнение статического анализа .............................................................................261
6.7.5. Просмотр результатов статического анализа для композитного изделия .................261
Часть II. Основные типы анализов конструкций......................................... 264
Глава 1. Линейный статический анализ ...................................................... 264
1.1. Линейный статический анализ ............................................................................................264
1.2. Методы решения системы уравнений равновесия ..............................................................265
1.3. Типы решений для линейного статического анализа ...........................................................266
1.4. Задание параметров решения ..............................................................................................269
1.4.1. Параметры вкладки Общий ........................................................................................270
1.4.2. Параметры вкладки Управление файлами ................................................................271
1.4.3. Параметры вкладки Управление выполнением .........................................................272
1.4.4. Параметры вкладки Настройки расчета .....................................................................273
1.4.5. Параметры вкладки База данных ...............................................................................274
1.4.6. Задание дополнительных параметров решения .......................................................275
1.4.7. Задание параметров решения для расчетного случая .............................................276
1.5. Линейное контактное взаимодействие ...............................................................................277
1.5.1. Основы линейного контакта .......................................................................................278
1.5.2. Параметры линейного контакта .................................................................................281
1.5.3. Рекомендации при решении линейного контакта .....................................................285
1.5.4. Вывод результатов линейного контакта .....................................................................286
501
Стр.502
Содержание
1.6. Соединение со склеиванием ...............................................................................................287
1.6.1. Параметры склеивания ..............................................................................................288
1.6.2. Вывод результатов склеивания ...................................................................................290
1.7. Термоупругий анализ ............................................................................................................290
1.7.1. Пример решения задачи термоупругости .................................................................291
1.7.2. Приложение NX Multi-Physics Solution ........................................................................296
1.8. Оптимизационный анализ ....................................................................................................297
1.8.1. Геометрическая оптимизация ...................................................................................298
1.8.2. Другие решения для оптимизации конструкций ........................................................303
1.9. Пример. Решение задачи с учетом линейного контактного взаимодействия .....................305
Глава 2. Устойчивость конструкций ............................................................. 314
2.1. Линейный анализ устойчивости ...........................................................................................315
2.2. Нелинейный анализ устойчивости .......................................................................................325
Глава 3. Динамический анализ конструкций ............................................. 334
3.1. Основы динамического анализа конструкций ....................................................................335
3.2. Учет инерционных и упругодемпферных свойств ...............................................................339
3.2.1. Массовые свойства .....................................................................................................339
3.2.2. Демпфирование .........................................................................................................341
3.3. Определение собственных частот и форм свободных колебаний конструкции ................344
3.4. Частотный анализ ..................................................................................................................354
3.4.1. Прямой метод .............................................................................................................355
3.4.2. Модальный метод .......................................................................................................363
3.5. Анализ переходных процессов .............................................................................................368
3.5.1. Прямой метод ............................................................................................................369
3.5.2. Модальный метод .......................................................................................................378
3.6. Дополнительные возможности решения задач динамики ..................................................380
3.6.1. Нелинейный динамический анализ ...........................................................................380
3.6.2. Динамическое редуцирование ..................................................................................382
3.6.3. Использование суперэлементов ................................................................................382
Глава 4. Нелинейный статический и динамический анализ ..................... 384
4.1. Введение в нелинейный анализ. Особенности КЭ моделирования .....................................384
Нелинейные решения NX NASTRAN ......................................................................................384
4.2. Геометрическая нелинейность .............................................................................................387
4.3. Нелинейность материалов ....................................................................................................387
4.3.1. Типы нелинейных материалов....................................................................................387
4.3.2. Упругопластический материал ...................................................................................389
4.3.3. Задание пластических свойств в NX ...........................................................................391
4.4. Контактное взаимодействие .................................................................................................394
4.4.1. Задание контактного взаимодействия ......................................................................395
4.4.2. Особенности решения контактных задач ...................................................................397
4.5. Решение нелинейных задач ..................................................................................................399
4.5.1. Параметры решений NLSTATIC 106 и 129 ..................................................................400
4.5.2. Параметры решений ADVNL 601 и 701 ......................................................................401
4.5.3. Дополнительные возможности...................................................................................402
4.6. Пример. Анализ тонколистовой штамповки ........................................................................402
4.6.1. Задание кривой деформирования упругопластического материала ........................404
502
Стр.503
Содержание
4.6.2. Создание условий контактного взаимодействия .......................................................405
4.6.3. Задание граничных условий .......................................................................................406
4.6.4. Создание нелинейного решения ................................................................................407
4.6.5. Просмотр результатов нелинейного анализа .............................................................408
Глава 5. Анализ тепломассопереноса .......................................................... 411
5.1. Возможности модуля для анализа теплопереноса ...............................................................411
5.2. Концепция работы ................................................................................................................412
5.2.1. Задание термооптических свойств материала ...........................................................412
5.2.2. Создание многослойных материалов .........................................................................413
5.3. Инструменты задания краевых условий ..............................................................................415
5.3.1. Запуск приложения .....................................................................................................415
5.3.2. Постановка задачи анализа сложного теплообмена .................................................417
5.3.3. Задание тепловых нагрузок ........................................................................................434
5.3.4. Задание граничных и начальных условий .................................................................435
5.4. Примеры решения задач ......................................................................................................438
5.4.1. Задача о нагреве бесконечной трубы ........................................................................438
5.4.2. Передача тепла посредством лучистого теплообмена ..............................................442
5.5. Учет массопереноса в тепловых задачах..............................................................................444
5.6.1. Задание напорно-расходной характеристики ............................................................446
5.6.2. Решение задачи о течении теплоносителя по трубке теплообменника ....................448
Глава 6. Моделирование гидрогазодинамических процессов .................. 456
6.1. Общие сведения о возможностях модулей
NX Flow/NX Advanced Flow ...........................................................................................................456
6.2. Построение области течения с использованием технологии Wrap Surface .........................457
6.3. Применение технологии построения сеток Fluid Domain ...................................................459
6.4. Настройки решения ..............................................................................................................460
6.5. Задание граничных условий .................................................................................................463
6.6. Моделирование потерь давления ........................................................................................477
6.7. Модели турбулентности ........................................................................................................478
6.8. Параллельные вычисления в NX Advanced Flow ..................................................................481
6.9. Примеры решения задач ......................................................................................................482
6.9.1. Моделирование свободноконвективного течения в зазоре между двумя
соосными цилиндрами .........................................................................................................482
6.9.2. Задача о смешении холодного и горячего потоков в Т-образном
цилиндрическом канале .......................................................................................................487
Список литературы ........................................................................................ 497
503
Стр.504