带有NX NASTRAN的Siemens FEMAP概述

PLM软件仿真和分析软件演练

该系列模拟和分析软件的第一部分介绍了西门子公司的FEMAP和NX NASTRAN的配对。

编辑’s注意:Tony Abbey教授NAFEMS的实时和在线学习课程。他还提供FEA咨询和指导。接触 [电子邮件 protected] for details.

这是研究有限元分析(FEA)软件产品的新系列概述中的第一篇。每个概述都将通过一个简单的结构示例采用演练的格式。每个产品的全部功能可以 ’本书将覆盖几页,但目的是使您对每种产品所需的基本工作流程有所了解。

每个概述代表我的独立评估。请注意,开发产品的公司不赞助概述。但是,在许多情况下,我欠公司提供临时许可证以允许演练的义务。

带有NX NASTRAN简介的FEMAP

该系列的第一个概述着眼于Siemens PLM Software的FEMAP和NX NASTRAN的配对。主要重点将放在FEMAP预处理和后处理环境上。概述分为两部分。在第一部分中,我们将涵盖网格划分的工作流程。在接下来的部分中,我们将完成从工作流程到后处理的整个过程。

您可以在 在线视频.

图1:主要的FEMAP界面。 图1:主要的FEMAP界面。

图1显示了屏幕区域,在主图形窗口中可见拉杆FEA模型。左侧是“模型信息”窗格。这“tree”该窗格中的当前视图当前显示正在构建的准备进行分析的各种FEA实体。屏幕快照的顶部是传统的下拉菜单,该菜单大致遵循分析设置中的任务序列。您既可以从下拉菜单中进行独占工作,也可以将混合方法与更直观的“模型信息”窗格中的许多功能结合使用。

在主下拉菜单下方是工具栏区域,其中显示了多个处于活动状态的工具栏。同样,您可以单独使用工具栏,也可以在工作流程中同时使用这些工具栏,主菜单和“模型信息”窗格。 FEMAP的一个强大功能是可用的各种方法。对于有经验的用户,这使其成为非常丰富的环境。对于新用户而言,这可能有些令人困惑。因此,对于新手来说,最好的建议可能是一开始就留在模型信息窗格中。

但是,即使是新用户,也会选择使用工具栏或开始创建自定义的工具栏,从而非常快速地建立量身定制的工作流。该方法类似于在许多基于Windows的产品中自定义工具栏。

视图中的另一个默认区域是图形窗口下方的“消息”窗格。这将为您执行的所有操作以及各种类型的摘要数据提供连续的反馈。

可以打开一组附加窗格来执行专业任务,例如网格划分,后处理和制图。我们将在概述中介绍其中的一些内容。过去几年中,FEMAP的趋势是通过位于这些专用窗格中的工具箱提供新功能或升级功能。

在此概述中要注意的一件事是,我已更改了许多默认实体和视图颜色,以为文章提供清晰的图像集。

使用几何

大多数用户会将几何导入FEMAP。提供多种格式,其中大多数具有高级导入设置。图2显示了我使用STEP文件格式导入的CAD模型。该CAD模型是 可供下载 in various formats.

图2:初始导入的几何图形和切除区域。 图2:初始导入的几何图形和切除区域。

图2还显示了应用于CAD模型的初始手术。该组件是对称的,从结构分析的角度来看,唯一感兴趣的领域是末端的拟合。我在靠近末端的地方裁剪了结构。切割面上的应力状态是可预测的,因此这是一种方便的方法。这样可以避免在网格化和分析组件的较大不需要区域上浪费资源。

图3:进一步处理几何图形。 图3:进一步处理几何图形。

图3显示了我进行进一步操作后的几何形状。这提供了在其上施加轴承载荷的表面。我还垂直切开了模型,并在切割面上刻了一条水平线。这样做的动机是提供更好的网格控制,并为后处理提供干净的边缘,并为约束之一提供中心点。

几何处理采用两种形式:创建曲线并将其投影到曲面上,然后将原始实体沿垂直平面切成两部分。

图4:创建曲线的对话框序列。 图4:创建曲线的对话框序列。

创建曲线并投影到曲面以进行压印非常简单。但是,有几项操作是有效执行此操作的关键。第一个是使用光标选择哪种类型的实体的全局控件。默认值为屏幕拾取,但在图形窗口上单击鼠标右键,可以更改为选择节点(FEA实体),点(几何实体)和其他要素。将光标设置为选择点可以在对话框中进行参数操作。例如,在图4中,创建了一条垂直曲线。

点108以高亮显示,并用作参考点。曲线的第一端使用该点的XYZ坐标,但Y坐标被+0.5修改。曲线的第二端使用相同的点’s的XYZ坐标,但是这次将Y坐标修改为-0.5。

在任何对话框中都有“方法”选项。这可以更改对话框的操作方式。这提供了多种可用的技术。在图4中,对话框询问每个端点的位置。对于许多对话框,请求位置将是默认方法。但是,可以将“方法”选项更改为选择线的中点,圆弧的中心以及许多其他快捷方式。

如果使用了另一个对话框(例如删除网格),则“方法”选项将更改并适应任务。在这种情况下,有用的“方法”选项包括特定表面上的元素,具有特定属性ID的元素等等。这提供了FEMAP特有的工作流程。同样,FEMAP的新手将要开始探索这些选项。目标是从这个广泛的工具箱中开发一套个人工具。

图6:几何图形准备控件。 图6:几何图形准备控件。
图5:几何准备,合并曲面。 图5:几何准备,合并曲面。

在这一阶段,我对修改后的几何图形进行了几个试验网格。轴和拉杆末端之间的过渡区域很难加工。 FEMAP具有功能强大的“几何体准备”工具来解决此类问题。这本质上是一个自动几何修复工具。使用默认设置的结果如图5所示。

绿色的表面,我’高亮显示,显示从原始曲面创建的单个曲面。原始表面上的细条几乎使它们无法啮合。控件范围如图6所示。该对话框的下拉菜单提供了更多高级选项。

图7:交互式清理几何。 图7:交互式清理几何。

FEMAP还具有专用的“网格划分”工具箱,该工具箱将整个FEMAP菜单中找到的所有网格划分控件和几何形状操纵控件捆绑在一起。它还添加了新功能,并提供了几何和网格更改的交互视图。从功能上可以明显看出,对几何处理的关注是要产生改进的网格。图7中显示了网格工具箱用法的一个示例。

图的左侧显示了曲面I’我们选择了即时组合在一起。一世’ve还选择了与现有曲面合并的选项。该图的右侧显示了结果,现在这些表面已连接到先前的混合表面。网格化现在变得更加可控。 FEMAP具有较大的撤消级别缓冲区,可以根据需要增加此级别。这意味着探索几何变化和网格变化变得更加容易。用户可以撤消错误。

设置材料和物理属性

设置要在分析中使用的材料和物理特性非常简单。请记住,传统的FEA数据结构始终将材料属性链接到物理属性,并且物理属性链接到每个元素。对于梁或壳单元,这是直观的。梁的物理特性包括其横截面和惯性矩。壳的物理特性将包括其厚度。

问题就变成了:固体元素的物理性质是什么?严格来说,它没有’t具有与梁或壳体相同的含义。但是,使用相同的链接数据结构。实际上,固体元素的物理性质可以用来描述集成水平和材料坐标系。在FEMAP中,它还可用于为元素分配颜色。后者在转换成输入分析文件(传统上称为输入平台)时没有任何意义,但是可以通过多种方式引用FEMAP中的元素。

图8:“模型信息”树形视图,显示了“材料和特性”已展开。 图8:“模型信息”树形视图,显示了“材料和特性”已展开。

图8显示了如何使用“模型信息”树形视图定义材料和物理属性。使用加/减符号可以轻松地对树进行扩展和收缩。右键单击实体类型(例如材料),可以创建新材料,并可以编辑,删除现有材料等等。

对于具有许多材料,物理特性和其他实体的模型,这是一种能够快速调查FEMAP数据库中存在的内容的有用方法。

FEMAP提供了一组默认的材料库,用户可以从公制或美制选项中进行选择。一句话警告:与许多传统的FEA工具一样,FEMAP假定用户将定义一致的单位—没有全局单位设置。从FEMAP内构建您自己的用户库很简单。 FEMAP数据库中材料的每个实例都从库中复制。材质库以文本文件形式存在,可以放置在计算机上任何方便的文件夹中。可以在FEMAP首选项中修改该文件夹的目录路径。物料库可以在同一网络上的用户之间共享。

设置约束

图9:拉杆模型中使用的约束系统。 图9:拉杆模型中使用的约束系统。

图9显示了在拉杆模型中使用的约束系统。此处显示的切面处的轴在轴向上受约束,但在泊松下应可自由收缩’比率效应。我用彩色箭头增强了FEMAP屏幕截图,以帮助确定约束的方向性。

约束方向用颜色编码,红色为轴向,黄色为垂直,蓝色为横向。存在三个约束集:第一个约束集将轴向约束应用于四个生坯表面,第二个约束集对中心点应用单个轴向垂直和横向约束,第三个约束集对边缘点应用单个垂直约束。

图10:约束集和一个典型对话框。 图10:约束集和一个典型对话框。

这三个约束集如图10所示。它们实际上作为子集存在于整个约束集内。此层次结构有助于进行高级分析设置。对话框显示右键单击中心约束定义,然后选择编辑约束形式的结果。或者,我可以选择编辑约束的位置。对话框显示在基本坐标系中受限的X和Y方向。如果需要局部坐标系,则可以在此阶段设置和选择。

约束将应用于几何实体。这是在FEMAP中工作的首选方式,因为它允许独立于任何后续网格划分。但是,FEMAP确实允许将约束直接分配给节点实体作为替代。这在复杂情况下可能很有用,但这确实意味着随后的重新网格化将破坏这些约束。

这种并行方法在整个FEMAP工作流程中很常见。例如,可以完全不使用任何几何图形来创建网格。在困难的模型中,有时开发混合方法很方便。典型的场景是将95%的元素网格划分为几何,而真正顽固的5%则直接网格划分。

这种方法对于那些习惯于CAD嵌入的FEA环境的人来说是陌生的,但是它揭示了诸如FEMAP之类的工具的遗产,这些工具在可行的几何图形可用之前就已经存在。

设置加载

图11:模型信息树视图和加载对话框。 图11:模型信息树视图和加载对话框。

拉杆的加载非常简单。在连接端仅施加一个轴向轴承载荷。如前所述,为此准备了几何图形。通过在树形视图上单击鼠标右键并创建整体载荷集来创建载荷。从中创建一个子集。图11显示了正在创建的子集。

已经选择了使用轴承力的选项,以及载荷的大小和载荷分布的角度。另外,可以确认该载荷是合计值,而不是每个面。载荷定义为垂直于表面。除此对话框外,还有另一个对话框用于定义中心点载荷和载荷方向。

图12:使用插图插入创建的载荷分布。

图12显示了应用到选定表面上的超前分布。我已经在插图中强调了余弦分布。

接下来的是

在下一篇文章中,我们将通过对几何体进行网格划分,运行和对结果进行后处理来完成分析。

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