【文章內(nèi)容簡介】 可以編輯定義的參數(shù)；數(shù)學(xué)參數(shù) (如 rho 或公差 )及構(gòu)造幾何體可以重定義；通過下列任一方式直接操縱自由形狀∶控制多邊形、改變 曲面階數(shù)、曲面上點(diǎn)、邊緣 [23]。 3. 2 高級(jí)仿真模塊介紹 高級(jí)仿真是一種綜合性的有限元建模和結(jié)果可視化的產(chǎn)品，旨在滿足資深分析員的需要。高級(jí)仿真包括一整套預(yù)處理和后處理工具，并支持多種產(chǎn)品性能評估解法。 高級(jí)仿真提供對許多業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)解算器的無縫、透明支持，這樣的解算器包括 NX Nastran、 MSC Nastran、 ANSYS 和 ABAQUS。例如，如果您在高級(jí)仿真中創(chuàng)建網(wǎng)格或解法，則指定您將要用于解算模型的解算器和您要執(zhí)行的分析類型。本軟件然后使用該解算器的術(shù)語或“語言”及分析類型來 展示所有網(wǎng)格劃分、邊界條件和解法選項(xiàng)。另外，您還可以解算您的模型并直接在高級(jí)仿真中查看結(jié)果；不必首先導(dǎo)出解算器文件或?qū)虢Y(jié)果。 高級(jí)仿真提供設(shè)計(jì)仿真中可用的所有功能，還支持高級(jí)分析流程的眾多其它功能。 * 高級(jí)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有特色，例如具有獨(dú)立的仿真文件和 FEM 文件，這有利于在分布式工作環(huán)境中開發(fā) FE 模型。這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還允許分析員輕松地共享 FE 數(shù)據(jù)，以執(zhí)行多種分析。 * 高級(jí)仿真提供世界級(jí)的網(wǎng)格劃分功能。本軟件旨在使用經(jīng)濟(jì)的單元計(jì)數(shù)來產(chǎn)生高質(zhì)量網(wǎng)格。高級(jí)仿真支持補(bǔ)充完整的單元類型（ 1D、 2D 和 3D）。另外，高級(jí)仿真使分析員能夠控制特定網(wǎng)格公差，這些公差控制著（例如）軟件如何對復(fù)雜幾何體（例如圓角）劃分網(wǎng)格。 * 高級(jí)仿真包括許多幾何體抽取工具，使分析員能夠根據(jù)其分析需要來量身定制 CAD 幾何體。例如，分析員可以使用這些工具提高其網(wǎng)格的整體質(zhì)量，方法是消除有問題的幾何體（例如微小的邊）。 * 高級(jí)仿真中專門包含有新的 NX 熱解算器和 NX 流解算器。 o NX 熱解算器是一種完全集成的有限偏差解算器。它允許熱工程師預(yù)測承受熱載荷的系統(tǒng)中的熱流和溫度。 o NX 流解算器是一種計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （ CFD）解算器。它允許分析員執(zhí)行穩(wěn)態(tài)、不可壓縮的流分析，并對系統(tǒng)中的流體運(yùn)動(dòng)預(yù)測流率和壓力梯度。 您可以使用 NX 熱和 NX 流一起執(zhí)行耦合熱 /流分析。 3． 3 求解器 功能簡介 作為世界 CAE 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及最流行的大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件， 的分析功能覆蓋了絕大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，并為用戶提供了方便的模塊化功能選項(xiàng)， 的主要功能模塊有：基本分析模塊（含靜力，模態(tài)，屈曲，熱應(yīng)力，流固耦合及數(shù)據(jù)庫管理等），動(dòng)力學(xué)分析模塊，熱傳導(dǎo)模塊，非線性分析模塊 ，氣動(dòng)彈性分析模塊， DMAP 用戶開發(fā)工具模塊及高級(jí)對稱分析模塊。除模塊化外 還按解題規(guī)模分成 1000 節(jié)點(diǎn)到無限節(jié)點(diǎn)，用戶引進(jìn)時(shí)可根據(jù)自身的經(jīng)費(fèi)狀況和功能需要靈活的選擇不同的模塊和不同的解題規(guī)模，以最小的經(jīng)濟(jì)投入取得最大效益。 及 MSC 的相關(guān)產(chǎn)品擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫管理，一旦用戶需要可方便地進(jìn)行模塊或解題規(guī)模擴(kuò)充，不必有任何其他的擔(dān)心。下面就是 不同的分析方法、加載方法、數(shù)據(jù)類型等功能做進(jìn)一步的介紹： 靜力分析是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員使用最為頻繁 的分析手段，主要用來求解結(jié)構(gòu)在與時(shí)間無關(guān)或時(shí)間作用效果可忽略的靜力載荷（如集中 /分布靜力、溫度載荷、強(qiáng)制位移、慣性力等）作用下的響應(yīng)，并得出所需節(jié)點(diǎn)的位移、節(jié)力點(diǎn)、約束（反）力、單元內(nèi)力、單元應(yīng)力和應(yīng)變能等。該分析同時(shí)還提供結(jié)構(gòu)的重量和重心數(shù)據(jù)。 支持全范圍的材料模式，包括：均質(zhì)各向同性材料，下交各向異性材料，各向異性材料，隨溫度變化的材料，方便的載荷與工況組合單元上的點(diǎn)、線和面載荷、熱載荷、強(qiáng)迫位移、各種載荷的加權(quán)組合，在前后處理程序 中定義時(shí)，可把載荷直接施加于幾何 體上。 此分析考慮結(jié)構(gòu)的慣性作用，可計(jì)算無約束自由結(jié)構(gòu)在靜力載荷和加速度作用下產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)。 在靜力分析中除線性外， 還可處理一系列具有非線性屬性的靜力問題，主要分為幾何非線性，材料非線性及考慮接觸狀態(tài)的非線性如塑性、蠕變、大變形、大應(yīng)變和接觸問題等。 屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷， 中屈曲分析包括：線性屈曲和非線性屈曲分析。線彈性屈曲分析又稱特征值屈曲分析；線性 屈曲分析可以考慮固定的預(yù)載荷，也可以用慣性釋放；非線性屈曲分析包括幾何非線性失穩(wěn)分析，彈塑性失穩(wěn)分析，非線性后屈曲（ Snapthrough）分析。在算法上， 特征值抽取算法可精確地判別出相應(yīng)地失穩(wěn)臨界點(diǎn)。該方法較其它有限元軟件中所使用的限定載荷量級(jí)法具有更高的精確度和可靠性。 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析是 的主要強(qiáng)項(xiàng)之一，它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強(qiáng)大分析功能。結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析不同于靜力分析，常用來確定時(shí)變載荷對整個(gè)結(jié)構(gòu)或部件的影響，同時(shí)還可以考慮阻尼及慣 性效應(yīng)的作用。 全面的 動(dòng)力學(xué)分析功能包括：正則模態(tài)及復(fù)特征值分析、頻率及瞬態(tài)響應(yīng)分析、（噪）聲學(xué)分析、隨機(jī)響應(yīng)分析、響應(yīng)及沖擊譜分析、動(dòng)力靈敏度分析等。針對于中小及超大型問題不同的解題規(guī)模，用戶可選擇 不同的動(dòng)力學(xué)方法以求解。 實(shí)際工程問題中，很多結(jié)構(gòu)響應(yīng)與所受的外載荷并不成比例。由于材料的非線性，在結(jié)構(gòu)中可能會(huì)產(chǎn)生大的位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)，或多個(gè)零件在載荷作用下時(shí)而接觸時(shí)而分離。要想更精確地仿真實(shí)際問題，就必需考慮材料和幾何、邊境和單元等非線性因素。 強(qiáng)大的非線性分析功能為設(shè)計(jì)人員有效地設(shè)計(jì)產(chǎn)品、減少額外投資提供了一個(gè)十分有用的工具。 很多材料在達(dá)到初始屈服極限時(shí)往往還有很大潛力可挖，通過非線性分析工程師可充分利用材料的塑性和韌性。薄殼結(jié)構(gòu)或橡膠一類超彈性體零件在小變形時(shí)受到小阻力，當(dāng)變形增加時(shí)阻力也會(huì)隨之增大，所有這些如果用線性分析就不能得到有效的結(jié)果。類似地，非線性分析還可解決蠕變問題，這點(diǎn)對于高聚合塑性和高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)件尤為有用。接觸分析也是非線性分析一個(gè)很重要的應(yīng)用方面，如輪胎與道路的接觸、齒輪、墊片或襯套等都用到接觸分析。 非線性分析功能包括：幾何非線性分析、材料非線性分析、非線性邊界 (接觸問題 )、非線性瞬態(tài)分析等。 5．熱傳導(dǎo)分析 熱傳導(dǎo)分析通常用來校驗(yàn)零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產(chǎn)品特性，利用 可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)內(nèi)的熱分布狀況，并直觀地看到結(jié)構(gòu)內(nèi)潛熱、熱點(diǎn)位置及分布。用戶可通過改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能。 提供廣泛的溫度相關(guān)的熱傳導(dǎo)分析支持能力?；谝痪S、二維、三維熱分析單元， 可以模擬包括傳導(dǎo)、對流 、輻射、相變、熱控系統(tǒng)在內(nèi)所有的熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，并真實(shí)地仿真各類邊界條件，構(gòu)造各種復(fù)雜的材料和幾何模型，模擬熱控系統(tǒng)，進(jìn)行熱 — 結(jié)構(gòu)耦合分析。 6．空氣動(dòng)力彈性及顫振分析 氣動(dòng)彈性問題是應(yīng)用力學(xué)的分支，涉及氣動(dòng)、慣性及結(jié)構(gòu)力間的相互作用，在 中提供了多種有效的解決方法。眾所周知的飛機(jī)、直升機(jī)、導(dǎo)彈、斜拉橋及至高聳的電視發(fā)射塔、煙囪等需要?dú)鈩?dòng)彈性方面的計(jì)算。 的氣動(dòng)彈性分析功能主要包括：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)氣彈響應(yīng)分析、顫振分析及氣彈優(yōu)化。 7．流 — 固耦合分析 流 固耦合分析主要用 于解決流體 (含氣體 )與結(jié)構(gòu)之間的相互作用效應(yīng)。 中擁有多種方法求解完全的流 — 固耦合分析問題，包括：流 — 固耦合法、水彈性流體單元法、虛質(zhì)量法。 8．多級(jí)超單元分析 超單元分析主要是通過把整體結(jié)構(gòu)分化成很多小的子部件來進(jìn)行分析，即將結(jié)構(gòu)的特征矩陣 (剛度、傳導(dǎo)率、質(zhì)量、比熱、阻尼等 )壓縮成一組主自由度類似于子結(jié)構(gòu)方法，但較其相比具有更強(qiáng)的功能且更易于使用。子結(jié)構(gòu)可使問題表達(dá)簡單、計(jì)算效率提高、計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)量降低。超單元分析則在子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了重復(fù)和鏡像映射和多層子結(jié)構(gòu)功能，不僅可單獨(dú)運(yùn)算而 且可與整體模型混合使用，結(jié)構(gòu)中的非線性與線性部分分開處理可以減小非線性問題的規(guī)模。應(yīng)用超單元工程師僅需對那些所關(guān)心的受影響大的超單元部分進(jìn)行重新計(jì)算，從而使分析過程更經(jīng)濟(jì)、更高效，避免了總體模型的修改和對整個(gè)結(jié)構(gòu)的重新計(jì)算。 多級(jí)超單元分析是 的主要強(qiáng)項(xiàng)之一，適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響徹云霄應(yīng)譜分析、直接特征值、頻率響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)分析、模態(tài)綜合分析 (混合邊界方法和自由邊界方法 )、設(shè)計(jì)靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。 9．高級(jí)對稱分析 針對結(jié)構(gòu)的對稱、反對稱、軸對稱或循環(huán)對稱等不同的幾何特點(diǎn)， 提供了不同的算法。類似超單元分析，高級(jí)對稱分析可大大壓縮大型結(jié)構(gòu)分析問題的規(guī)模，提高計(jì)算效果。 10．設(shè)計(jì)優(yōu)化分析 11．復(fù)合材料分析 12． P 單元及 H、 H— P 自適應(yīng) 13． 的高級(jí)求解方法 能有效地求解大模型，其稀疏矩陣算法速度快而且占有磁盤空間少，內(nèi)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)排序以減小半帶寬，再啟動(dòng)能利用以前計(jì)算的結(jié)果。 并行計(jì)算以及線性靜力，正則模態(tài)分析，模態(tài)及直接頻率響 應(yīng)分析的分布式并行計(jì)算極大地提高分析速度，復(fù)特征值問題速度提高 3 倍以上，虛擬質(zhì)量計(jì)算速度提高 2 倍以上，靜力氣彈分析 (SOL144)速度提高 30%以上 [24] 4 車架三維模型的建立 車架的模型是用 CAD 繪圖軟件 UG 建立的。具體步驟如下： 4． 1 繪制縱梁 縱梁我是采用沿引導(dǎo)線掃略這個(gè)功能完成的。由于給定了二維圖形，故在建模模式下，用草圖功能，在草圖 xc yc , yc zc 平面上分別畫出車架縱梁的某一條外沿線在主視圖和俯視圖的投影，然后完成草圖，在建模(Modeling)中拉伸成片體，并使兩 個(gè)片體相交，求交線，由此得到車架縱梁的輪廓線外沿線，并用相同的方法得到車架縱梁的四條外沿線。畫出截面形狀，再進(jìn)行掃掠，這樣車架前端縱梁的繪制，最后將內(nèi)外槽鋼布爾運(yùn)算加和，形成一體。如圖： 圖 縱梁前端 圖 縱梁的整體形狀 由于采用的是三位投影的逆向操作的到的交線，即縱梁的外沿線，生成的空間曲線有兩個(gè)片體相交的到，則該曲線必然連貫。又由于曲線的生成是完全按照設(shè)計(jì)圖紙的到的，得到的縱梁即為設(shè)計(jì)師要求達(dá)到的理想形狀。 4． 2 繪制支架 建立基準(zhǔn)平面，再該基準(zhǔn)平面上用草圖功能畫出支架的平面形狀。 退出草圖，使用建模的拉伸功能，拉出實(shí)體模型。然后再用邊倒角導(dǎo)出形狀，支架的形狀便出來了。最后進(jìn)行布爾運(yùn)算求和，使之與車架縱梁連為一體。如圖： 圖 縱梁上的支架 4． 3 繪制橫梁 圓柱形的橫梁用軟管功能即可實(shí)現(xiàn)。先做出引導(dǎo)線，即圓柱形橫梁的中心線，在用軟管功能生成圓柱體橫梁，再與縱梁托架布爾運(yùn)算加和，形成一體。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的橫梁，則需要在鈑金狀態(tài)下做出草圖，形成薄板。再充分利用折彎，沖孔和展開功能。對于空間曲面則還要用掃略來做出。彎邊后還要進(jìn)行鈑金裁減，比較復(fù)雜。 圖 橫梁托架 4． 4 完成模型 把所有繪圖中使用的曲線和平面都移到一個(gè)不用的圖層，并將之隱藏。最后得到一個(gè)完整的模型 圖 車架模型 5 車架的靜態(tài)分析 5． 1 力學(xué)模型的選擇 有限元分析的基本思想，是用一組離散化的單元組集，來代替連續(xù)體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，這種單元組集體稱之為結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型；如果已知各個(gè)單元體的力和位移 (單元的剛度特性 )，只需根據(jù)節(jié)點(diǎn)的變形連續(xù)條件與節(jié)點(diǎn)的平衡條件，來推導(dǎo)集成結(jié)構(gòu)的特性并研究其性能。有限元的特點(diǎn)是始終以矩陣形式來作為數(shù)學(xué)表達(dá)式，便于程序設(shè)計(jì)，大量工作是由電于計(jì)算機(jī)來完成，只要計(jì)算機(jī)容量足 夠，單元的剖分可以是任意的，對于任何復(fù)雜的幾何形狀，多樣化的載荷和任意的邊界條件都能適應(yīng)。然而，由于有限元是一種數(shù)值分析方法，計(jì)算結(jié)果是近似解，其精度主要取決于離散化誤差。如果結(jié)構(gòu)離散化得恰當(dāng)，單元位移因數(shù)選取得合理，隨著單元逐步縮小，近似解將收斂于精確解。因此，正確建立結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，是分析工作的第一步。 目前采用有限元分析模型一般有如下兩種：梁單元模型和組合模型等。梁單元模型是將車架結(jié)構(gòu)簡化為由一組兩節(jié)點(diǎn)的梁單元組成的框架結(jié)構(gòu)．以梁單元的截面特性來反映車架的實(shí)際結(jié)構(gòu)特性。其優(yōu)點(diǎn)是：劃分的單元數(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù) 目少，計(jì)算速度快而且模型前處理工作量不大，適合初選方案。其缺點(diǎn)是：無法仔細(xì)分析車架應(yīng)力集中間題，因而不能為車架縱、橫梁連接方案提供實(shí)用的幫助。組合單元模型則是既采用梁單元也采用板殼單元進(jìn)行離散。在實(shí)際工程運(yùn)用中，由于車架是由一系列薄壁件組成的結(jié)構(gòu)，且形狀復(fù)雜，宜離散為許多板殼單元的組集，其缺點(diǎn)是前處理工作量大，計(jì)算時(shí)間長，然而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，這個(gè)問題已得到了較好的解決，而且由于有大型有限元軟件支撐，巨大的前處理工作量絕大部分可由計(jì)算機(jī)完成，也不是制約板殼元模型實(shí)際運(yùn)用的因難了。這種模型使得對車架的 分析計(jì)算更為精確，能為車架設(shè)計(jì)提供更為有利的幫助。 5． 2 車架的計(jì)算方法 汽車車架的主要結(jié)構(gòu)形式為邊梁式車架，貨車車架縱梁截面多為槽形，橫梁截面可為槽形、閉口矩形或圓管。縱梁和橫梁的聯(lián)結(jié)方式有焊接、鉚接和螺栓聯(lián)結(jié)等。其聯(lián)結(jié)接頭幾何形狀各異，應(yīng)力分布復(fù)雜。根據(jù)是否考慮接頭的真實(shí)形狀，邊粱式車架的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法可分為兩大類： 1)不考慮接頭形狀 有最小變形能法、 Erz 法、傳遞矩陣法和空間梁有限元法。其不足之處于下列幾點(diǎn)： 忽略了接頭的柔度．而它對車架變形和桿端力矩的計(jì)算卻很有影響； 無法確切計(jì)算接頭區(qū)域的應(yīng) 力分布．而這對于車架的設(shè)計(jì)和優(yōu)化卻很重要；