第 1 章 高等仿真入门
在本章中，将学习： 高等仿真的功能。 由高等仿真利用的文件。 利用高等仿真的基本事情流程。 创建 FEM 和仿真文件。 用在仿真导航器中的文件。 在高等仿真中有限元剖析事情的流程。
1.1 综 述
UG NX4 高等仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品，旨在知足设计工程师与剖析师的须要。高等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 所示为持续杆剖析实例。
图 1-1 连杆剖析实例
高等仿真供应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 NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS 和 ABAQUS。例如，如果构造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实行的剖析类型。本软件利用该解算器的术语或\"大众语
言\"大众及剖析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。其余，还可以求解模型并直
接在高等仿真中查当作果，不必首先导出解算器文件或导入结果。 高等仿真供应基本设计仿真中须要的所有功能，并支持高等剖析流程的浩瀚其他功能。 高等仿真的数据构造很有特色，例如具有独立的仿真文件和 FEM 文件，这有利
于在分布式事情环境中开拓有限元（FE）模型。这些数据构造还许可剖析师轻松
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地共享 FE 数据去实行多种类型剖析。 高等仿真供应天下级的网格划分功能。本软件旨在利用经济的单元计数来产生高
质量网格。构造仿真支持完全的单元类型（1D、2D 和 3D）。其余，构造级仿真使剖析师能够掌握特定网格公差。例如，这些公差掌握着软件如何对繁芜几何体
（例如圆角）划分网格。 高等仿真包括许多几何体简化工具，使剖析师能够根据其剖析须要来量身定制
CAD 几何体。例如，剖析师可以利用这些工具提高其网格的整体质量，方法是肃清有问题的几何体（例如眇小的边）。
高等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备集成的有限差分解算器。它许可热工程师预测承受
热载荷系统中的热流和温度。 NX 流体解算器是一种打算流体动力学（CFD）解算器。它许可剖析师实行稳
态、不可压缩的流剖析，并对系统中的流体运动预测流率和压力梯度，也可
以利用 NX 传热和 NX 流体一起实行耦合传热/流体剖析。
1.2 仿真文件构造
当向前通过高等仿真事情流时，将利用 4 个分离并关联的文件去存储信息。要在高等仿真中高效地事情，须要理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
件必须是激活的事情部件。这 4 个文件平行于仿真过程，如图 1-2 所示。
图 1-2 仿真文件构造
正被剖析的原设计部件
一个有.prt 扩展名的部件文件。例如，一个可以被命名为 plate.prt 的部件。 部件文件含有主模型部件或一装置，及一个未修正的部件几何体。 如果用一个由其他人设计的模型启动，可能没有修正它的权艰。在剖析过程期间，通
常主模型部件文件是不被修正的。 设计部件文件的空想化复制
当一个空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，一个空想化部件被命名为 plate_fem1_i.prt。
第 1 章 高等仿真入门 3
一个空想化部件是原设计部件的一个干系复制，可以修正它。 空想化工具让用户利用空想化部件对主模型的设计特色做改变。不修正主模型部件，
而按须要在空想化部件上实行几何体空想化。例如，可以移去和抑制特色，如在剖析中被
忽略的小的几何细节。 对同一原设计部件文件的不同类型剖析可以利用多个空想化文件。
有限元模型（FEM）文件
当建立一 FEM 文件时默认有一个.fem 扩展名，_fem#是对部件名的附加。例如，如果原部件是 plate.prt，一个 FEM 文件被命名为 plate_fem1.fem。
一个有限元模型文件含有网格（节点与单元）、物理特性和材料。 一旦建立了网格，可以利用简化工具移去可以影响网格总质量设计中的人为工具，如
苗条条面、小边缘和峡部条件。简化工具许可相应一特定有限元剖析在充分捕捉设计意图
的细节级上网格化几何体。
几何体提取发生在存储于 FEM 中的多边形几何体上，而不是在空想化的或主模型的部 件中。
多个 FEM 文件可以引用同一空想化部件，可以对不同类型构建不同的 FEM 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、单元干系的数据、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。 当实行多个剖析类型时，4 个分离的文件供应灵巧性。如果许可更新，4 个文件是关
连的。
1.3 高等仿真事情流程
在开始一个剖析前，该当对试图求解的问题有一彻底理解。该当知道将利用哪个求解
器，正在实行什么类型的剖析和须要什么类型的办理方案。下列简要摘录了在构造仿真中
通用的事情流程。 （1）在 NX 中，打开一部件文件。 （2）启动高等仿真运用。为 FEM 和仿真文件规定默认求解器（设置环境，或措辞）。
把稳：也可以选择先建立 FEM 文件，然后再建立仿真文件。
（3）建立一办理方案。选择求解器（如 NX Nastran）、剖析类型（如 Structural）和解决方案类型（如 Linear Statics）。
（4）如果须要，空想化部件几何体。一旦使空想化部件激活，可以移去不须要的细节，
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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。
在许多情形下系统默认供应一好的高质量的网格，可无须修正利用。 （6）检讨网格质量。如果须要，可以用进一步空想化部件几何体细化网格，此外在
FEM 中可以利用简化工具，肃清当网格划分模型时由 CAD 几何体可能引起的不肯望结果的问题。
（7）运用一材料到网格。 （8）当对网格满意时，使仿真文件激活、浸染载荷与约束到模型。 （9）求解模型。 （10）在后处理中稽核结果。
1.4 仿真导航器
仿真导航器（Simulation Navigator）供应在一树状构造中，一个不雅观察和操纵一 CAE 剖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。
在仿真导航器中供应了直接存取直通快捷菜单。可以在仿真导航器中直接实行大多数
操作，代替利用图标或命令。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。选中复选框可以掌握项目的显示。
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等综述。
表 1-1 仿真导航器节点描述
图 标 节 点 名 节 点 描 述
仿真
含有所有仿真数据，如专门求解器、办理方案、 办理方案设置、仿真工具、载荷、约束和压制。可以有多个仿真文件与一单个 FEM文件关联
FEM 含有所有网格数据、物理特性、材料数据和多边形几何体。FEM文件总是干系到空想化。可以关联多个 FEM 文件到一单个空想化部件
空想化部件 含有空想化部件，当建立一 FEM 时由软件自动建立
主模型部件 当主模型部件是事情部件时，在主模型部件节点上右击建立一新
的 FEM 或显示已有的空想化部件
多边形几何体 含有多边形几何体（多边形体、表面和边缘）。一旦网格化有限
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
在空想化或主模型部件上
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续表
图 标 节 点 名 节 点 描 述
0D 网格 含有所有零维（0D）网格
1D 网格 含有所有一维（1D）网格
2D 网格 含有所有二维（2D）网格
3D 网格 含有所有三维（3D）网格
仿真工具容器
含有解算器和解决方案专有的工具，如自动调温器、表格或流动
表面
载荷容器 含有指定到当前仿真文件的载荷。在一办理方案容器内，载荷容
器（Load Container）含有指定到给件子工况的载荷
约束容器 含有指定到当前仿真文件的约束。在一办理方案容器内， 约束容器（Constraint Container）含有指定到办理方案的约束
办理方案 含有办理方案工具、载荷、约束和对办理方案的子工况
子工况步 含有一办理方案内每一个子工况办理方案的实体，如载荷、约束
和仿真工具
结果
含有从一求解得来的任一结果。在后置处理器中， 可以打开结果节点，并利用在仿真导航器内的可见复选框去掌握各种结果组的
显示
1.4.2 仿真文件视图
仿真文件视图是一个分外浏览器窗口，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。 许可轻松变动显示的部件，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。
许可在任何设计或空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，剖析一个连接杆部件，理解高等仿真事情流程，并
学习： 打开部件及建立 FEM 和仿真文件。 在网格化前空想化几何体。 网格化部件。 为网格定义一材料。 浸染载荷和约束到部件。 求解模型。 不雅观察剖析结果。 第 1 步 打开部件，启动高等仿真 在 NX 中，打开 rod.prt 部件，如图 1-6 所示。 启动 Advanced Simulation 运用。选择 Start→All Applications→Advanced Simulation。 在资源条上，单击 Simulation Navigator 图标 。 单击销（pin）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 New FEM and Simulation。
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如图 1-7 所示，New FEM and Simulation 对话框列出 3 个已自动建立的新文件。Default Language 下 NX NASTRAN 为求解器，Analysis Type 选择 Structural。
图 1-6 rod.prt 图 1-7 New FEM and Simulation 对话框
单击 New FEM and Simulation 对话框中的 OK 按钮。 涌现 Create Solution 对话框，如图 1-8 所示，默认 Solver 是 NX NASTRAN。 单击 Create Solution 对话框中的 OK 按钮。 Simulation Navigator 显示 Simulation 和 FEM 文件，如图 1-9 所示。
图 1-8 Create Solution 对话框 图 1-9 仿真导航器
第 2 步 空想化几何体 对此练习，某些设计特色可以从部件移去，由于它们对剖析是不主要的。
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在Simulation Navigator中，如果Simulation File View是被折叠，单击Simulation File
提示：也可以选择文件名，右击并选择 Make Displayed Part。
击 Idealize Geometry 图标
View 条打开它。 双击 rod_fem1_i。
空想化的部件现在在仿真导航器中被激活。 在 Advanced Simulation 工具栏中，单 。
，选择部件。
把稳： 10 mm。
孔从空想化部件被移去，如图 1-10 所示。
随 Idealize 对话框打开 选中 Holes 复选框。
设置直径到 10，两个螺栓孔被亮显，由于每一个直径小于或即是
单击 OK 按钮。
图 1-10 空想化部件
单击 Save 图标 ，存储激活的文件。
t sh
第 3 步 划分部件网格 为了划分部件网格，首先须要使 FEM 文件激活。 在 Simulation File View 中，双击 rod_fem1。FEM 文件被激活并列在仿真导航器的顶部 。 在 Advanced Simulation 工具栏上，单击 3DTe rahedral Me 图标 。
也可以从提示： 仿真导航器中右击 rod_fem1 并选择 New Mesh→3D Tetrahedral，建立
单元类型。
网格。
随 3D Mesh 对话框打开，选择实体。 从 Type 列表选择 CTETRA（10）单元。
把稳：CTETRA（10）和 CTETRA（4）是 NASTRAN
在 Overall Element Size 框中加入 4.0。
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单击 OK 按钮建立网格，如图 1-11 所示。 如图 1-12 所示，3D 网格被列在 Simulation Navigator 中。
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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 Advanced Simulation 工具栏上，单击 Material Properties 图标 。
提示：也可以选择 Tools→ Material Properties。
在 Materials 对话框中，单击 Library 图标 。 在 Search Criteria 对话框中，单击 OK 按钮。 在 Search Result 对话框中，选择名为 Steel 的材料，然后单击 OK 按钮。 材料特性被加载到 Materials 对话框中。浸染材料到网格。 使在 Materials 对话框中的 STEEL 被亮显。 在 Simulation Navigator 中，单击（选择）3d_mesh（1）选择网格。 在对话框中，单击 OK 按钮。 库材料被连接到网格。利用 Simulation Navigator，检讨材料是否已被浸染到网格。 在 Simulation Navigator 对话框中，右击 3d_mesh（1）和选择 Edit Attributes。 在 Element Attributes 对话框中，检讨 STEEL 被列出为浸染到网格的材料。 单击 Cancel 按钮。 存储文件。 第 5 步 浸染一轴承载荷 在 Simulation File View 窗口中，双击 rod_sim1。在仿真导航器中使 Simulation 文
件激活。
关断网格显示，因而方便曲面选择。 在 Simulation Navigator 中不选中 3d_mesh（1）复选框，如图 1-13 所示。 在 Advanced Simulation 工具栏上，单击 Load Type 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
把稳：也可以利用 Simulation Navigator，在激活的办理方案（Solution 1）中，右击 Loads，并选择 New Load→ Bearing 去建立载荷。
轴承载荷哀求规定一柱形表面（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——轴承载荷将浸染的柱面。 打开 Create Bearing 对话框，选择在部件右真个柱面，如图 1-14 所示。
图 1-14 选择载荷浸染表面
在 Force 文本框中输入 1000。
把稳：区域角（Region Angle）设置到 180。这意味着载荷将浸染到柱面超过 180°。
其次，选择要定义的最大载荷的矢量方向。 单击 Inferred Vector 图标 中的箭头，并单击–YC Axis 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 BC Edit Display 对话框改变边界条件的外面。 在 Simulation Navigator 中右击 Solution（1）下的 Bearing（1）载荷，然后选择 Style。 在 BC Edit Display 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。
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箭头尺寸改变，如图 1-16 所示。
图 1-15 建立并显示载荷 图 1-16 修正后的载荷显示
第 6 步 浸染第一约束 利用一销住约束，在杆的一端约束大的波折面。该约束将仿真此面若何与另一部件上
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 Advanced Simulation 工具栏上，单击 Constraint Type 图标 中的箭头，然后单
击 Pinned Constraint 图标 。
把稳：也可以利用 Simulation Navigator，在激活的办理方案（Solution 1）中右击 Constraints 并选择 New Constraint→Pinned Constraint。
打开 Create Pinned Constraint 对话框，选择在连接杆底部的大波折面，如图 1-17所示。
单击 OK 按钮。 约束被浸染的显示。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 选择底部的大波折面 图 1-18 建立与显示销住约束
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第 7 步 浸染第二约束 部件已被约束，但绕 Z 轴仍旧可自由旋转。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 Constraint Type 图标 中的箭头，然后单击 User Defined Constraint 图标 。 在 Create User Defined Constraint 对话框中的 DOF1 框中，单击 Fixed 图标 。 X 平移被固定，所有其他 DOF 保持自由。 放大并选择点：在切槽的顶端处面相遇，如图 1-19 所示。 单击 OK 按钮。 建立约束，如图 1-20 所示。
图 1-19 选择点 图 1-20 建立与显示固定约束
存储文件。 第 8 步 求解模型 现在已定义了网格、材料、载荷和约束，准备求解模型。作为过程的一部分，利用综
合检讨，考验模型是否准备完毕。 在 Simulation Navigator 中，右击 Solution 1 并选择 Comprehensive Check，打开
Information 窗口。 稽核检讨结果。 检讨列出的信息和警告。 检讨推举选择 Iterative Solver 选项，它可以改进性能。 检讨警告：对销住约束坐标系不同于节点下的坐标系。当作用销住约束时，它利
用一柱坐标系压制在节点下的坐标系。这不会引起任何问题，可以忽略警告。 关闭 Information 窗口。 在 Simulation Navigator 中，右击 Solution 1，并选择 Solution Attributes。 在 Edit Solution 对话框中，选中 Iterative Solver（对 NX Nastran 2.0 和更高版本）
复选框。
单击 OK 按钮。
第 1 章 高等仿真入门 15
在 Simulation Navigator 中，右击 Solution 1，并选择 Solve。
提示：也可以在 Advanced Simulation 工具栏上单击 Solve 图标 ，显示 Solve 对话框。把稳 Comprehensive Check 要选中。
单击 OK 按钮。 显示 Information 窗口，再次综合检讨数据。 如果通过检讨，涌现 Analysis Job Monitor 对话框，它显示任务正在运行。剖析在后台
运行，以是可以连续用 NX 事情，而有限元剖析正在被打算。 当任务完成时，关闭 Information 窗口。 在 Analysis Job Monitor 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 Simulation Navigator 中可以见到。 第 9 步 不雅观察剖析结果 现在利用后置处理器不雅观察剖析结果。 在 Simulation Navigator 中，双击 Results。
提示：也可以单击 Advanced Simulation 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 1-21 Results 节点 图 1-22 结果显示
显示 Post Control 工具栏，如图 1-23 所示。
图 1-23 Post Control 工具栏
提示：如果 Post Control 工具栏是不可见的，在 Application 工具区右击并选择 Post Control。
第 10 步 在仿真导航器中稽核结果 通过大略选择规定须要的类型，可以改变显示的结果类型。把稳：默认选择位移类型。
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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。
第 1 章 高等仿真入门 17
图 1-24 展开的位移节点
在 Simulation Navigator 中，展开 SUBCASE — STATIC LOADS 1 Loads。 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 1-25 Y 位移值
第 11 步 退出后置处理器 当完成不雅观察结果时，可以退出后置处理器。 在 Post Control 工具栏上，单击 Finish Post Processing 图标 。
提示：也可以选择 Tools→ Results→ Finish Post Processing。
关闭所有部件文件。
第1章 高等仿真入门
1.1 综 述
1.2 仿真文件构造
1.3 高等仿真事情流程
1.4 仿真导航器
1.4.1 在仿真导航器中的节点
1.4.2 仿真文件视图
1.5 练 习
