带有NX NASTRAN的Siemens FEMAP概述

西门子的NX NASTRAN的FEMAP概述的第二部分重点介绍了网格划分和有限元分析。

图14:半模型上的工具提示。


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。联系 [电子邮件 protected] 有关详细信息。

我们以前对几何图形进行了网格划分 本文的第1部分。现在它’是时候设置生产网格了。我将几何体分为两个实体,以强制在中心线基准平面上创建节点。我设置了FEMAP网格控件选项以合并常见几何面上的节点。否则,FEA模型将在两个网格物体之间产生分裂。

图1:初始网格。 图1:初始网格。

我使用四面体元素,因为几何形状是任意形状。 FEMAP支持六面体单元,但是要准备六面体网格的几何图形将需要大量工作。我使用了默认的全局元素大小,结果网格如图1所示。

在图中,网格看起来很平滑,但是在轴和端接头之间的混合区域周围以及端接头轴承表面的径向深度范围内,网格仍然不足。

图2:较差的初始网格。 图2:较差的初始网格。

图2更详细地显示了混合区域。我们预计此处附近会出现较高的应力集中,并且没有足够的元素来产生良好的结果。

这是任何网格划分任务的典型起点,我使用FEMAP工具来改善这种情况。 FEMAP中有一个网格控制层次结构。

顶层是默认的元素尺寸,它基于整体几何尺寸。下一级使用实体边缘曲线控制实体中元素的大小。沿每个边缘曲线的元素数量用作参考。默认情况下,每个边缘曲线上都会应用元素数量。使用此默认设置将产生与使用默认元素尺寸创建的网格相似的网格。默认大小通常非常保守,并且会导致粗糙的网格,这对于正常模式分析是足够的,但对于强度分析通常是不可接受的。目的是有选择地增加沿关键边缘曲线的元素数量,以改善体内的网格。

图3:网格划分控件。 图3:网格划分控件。

如图3所示,有丰富的网格控件集。这些控件包括元素尺寸远离最小元素(最细网格)增长的速率和基于曲率的网格划分。在各种简单的CAD几何模型上进行练习是一个好主意,以了解这些工具如何交互。网格划分是一门艺术,而不是一门科学,它需要实践。

为了试图修复不良的几何形状,可以抑制短边并消除小的特征。默认情况下,相邻曲面(例如,拉杆几何体中的分割体中的曲面)将具有匹配的网格,可以合并。

图4:网格预览。 图4:网格预览。

任何预处理器的重点是建立网格划分策略,然后进行实验。在满足之前,我通常会尝试至少十几种或更多种网格划分。 FEMAP通过提供网格预览提供了极大的帮助。图4将边缘网格尺寸可视化显示为一系列点。预览可以通过工具栏轻松打开和关闭。

作为演示者,我将其设置为非常好的值。这种无需提交网格划分过程即可预览的能力可加快网格划分的速度。在这种情况下,网格是如此之细,以至于网格将花费很长时间才能完成,并且元素数量将太高。

感受一下“safe”元素大小的下限。如果网格太细,可能需要很长时间才能完成,甚至会使预处理器停顿。

图5:改进的网格。 图5:改进的网格。

我对拉杆轴和端部接头之间的混合区域采用的策略是控制沿关键边缘的网格大小,如图5所示。我对这些边缘中的每个边缘上需要的元素数量有一个初步的认识。 。通过试验这些数字,我可以获得一个看起来合理的网格。

逐渐增加边缘曲线上的元素数量以生成一系列网格可能会令人沮丧。网格质量可以在没有明显原因的情况下跳跃。网格划分过程本质上是一个模式生成器,并且非常难以预测,这就是为什么实验很关键的原因。

我通常建议在考虑时间限制的情况下处理每个网格划分任务。等待30分钟,以在每个关键区域生成最漂亮的网格。图5显示了大约30分钟的工作量后的工作量。

图6:网格质量控制。 图6:网格质量控制。

我说过“good-looking”网格,但我们需要对元素质量进行更客观的评估。 FEMAP有一系列网格质量图选项,如图6所示。我从列表中最常用的两个是Jacobian和Tet塌陷。其他分析师可能有自己喜欢的指标。

很难就这两个参数使用什么值给出建议,因为每个参数都取决于求解器和元素类型。我建议设置一系列简单的几何基准,例如带有孔的实心板。然后可以对它们进行网格化和分析,以将应力结果与网格质量相关联。图7显示了Tet塌陷元素质量图。在我的情况下,根据检查,我使用值4.0作为Tet崩溃的上限。

图7:Tet塌陷检查。 图7:Tet塌陷检查。

很难看到“rogue”在3D实体结构的元素填充图中,超出限制的元素。质量轮廓图内的控制选项之一是建立一个包含所有超出特定水平的元素的组。在图8中,我已绘制了该组。我还包括了拉杆几何形状的线框图。

图8:流氓元素。 图8:流氓元素。

As an aside, groups are a useful FEMAP functionality. Groups can consist of sets of 恩tities of any mixture. In my case I had a group with 流氓 elements and solid geometry. Groups can be used to focus 上 specific model regions, for example, 上 e of the solid bodies and its elements and nodes. They also can be used as selection tools. I set up the key meshing curves shown in Fig. 5 as a group to 所有ow easy picking. I would recommend that any newcomer to FEMAP practice using groups, as they will underpin many other operations.

Fig. 9: Mesh 工具箱 controls. Fig. 9: Mesh 工具箱 controls.

到目前为止显示的手动网格更新策略的替代方法是使用FEMAP网格划分工具箱。网格划分方法的这一集合在最近几年中得到了发展,并具有交互式网格划分功能。控件如图9所示。我已经使用边缘控件设置了交互式网格划分动作,在运行该工具时,将一个元素添加到每个边缘。然后,我可以循环浏览并自动增加该元素的数量。

使用工具箱时,随着网格的更新,元素质量也会更新。图10显示了随着保真度逐步增加一系列网格,网格质量图的蒙太奇。越来越多的元素从图中的左上角到右下角。这些图显示了配件内表面(另一个关键区域)上的网格。清楚地显示了啮合操作的随机性。一或两个配置由于以下原因而被拒绝“rogue”元素出现。实验和量化网格质量的能力极大地有助于寻找网格。“perfect mesh.”FEMAP允许进行大量的撤消和重做操作,因此可以轻松地向前和向后逐步选择最佳网格。

图10:蒙太奇的网格质量结果。 图10:蒙太奇的网格质量结果。

网格划分完成后,’是时候设置NX NASTRAN分析了。图11显示了分析控制面板。一世’m在此处使用静态分析,但FEMAP支持NASTRAN中的所有可用分析,包括动态和非线性分析。一世’我在安装中选择了与FEMAP捆绑在一起的NX NASTRAN求解器。有很多求解器可供选择,包括MSC / MD 纳斯特拉,ANSYS,ABAQUS,LS-DYNA等。这提醒我们,FEMAP开始作为求解器中性的预处理器和后处理器。如果您在FEA项目上使用多个求解器,则这可能是有用的属性。

图11:分析设置。 图11:分析设置。

启动分析后,将弹出“分析监视器”窗格,如图12所示。这使用户可以检查包含运行时诊断和输出数据摘要的输出文本文件。它还跟踪求解器的进度。这在长时间运行的分析中特别有用。它还允许监视非线性分析中的收敛。

 

图12:分析监视器。 图12:分析监视器。

分析完成后,结果将被加载到FEMAP数据库中,后处理工具栏将变为活动状态。默认输出量为变形和冯·米塞斯应力。应力轮廓图如图13所示。

后处理器中应力图的默认设置显示连续的彩色渲染,并使用应力的节点平均。我建议将这些颜色分别更改为水平颜色,以使轮廓具有硬质边缘并平均关闭节点应力。平均应力可以隐藏不良的应力分布并人为地降低峰值应力值。

拉杆中的最大应力沿着端部配件轴承面上的中心线。这是在模型中进行几何拆分的地方,因为它允许在切面上精确绘制应力。如图14所示。FEMAP确实具有切片控制,可以可视化任意平面上的应力。但是,这些将始终由后处理器进行插值,而几何切片可确保在平面上具有更高的精度。

图13:von Mises应力。 图13:von Mises应力。

图14还显示了工具提示的用法。可以选择任何元素,并在图上产生一个文本框,显示所选轮廓量的值。这样就可以轻松实现在特定区域的探测。

最后,图15显示了拉杆的变形。可以缩放以帮助可视化。规模太小了’很难看到变形的感觉。规模太大可能同样令人困惑。在这里,我通过绘制几何图形的半透明图像来扩大了变形图。 FEMAP中的其他技术包括未变形网格的线框轮廓。

图14:半模型上的工具提示。 图14:半模型上的工具提示。

深沉而艰巨

带有NX 纳斯特拉的FEMAP是一种成熟的产品,提供了丰富的功能来执行主流的FEA。对于新用户而言,功能的广度和深度可能令人生畏。但是,一旦掌握了初始子集,就可以使用自定义工具栏,“toolbox”可以在逻辑上进行扩展以实现较高的生产率。

图15:变形。 图15:变形。

FEMAP最初要重点关注的关键方面包括选择方法,自适应对话框,自适应方法菜单和组。

可供观看的一组五个支持视频 digitaleng.news/de/femapnx2。零件的几何文件位于 digitaleng.news/de/nxgeometry.

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关于作者

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托尼修道院

托尼修道院是他自己的公司FETraining的顾问分析师。他还担任NAFEMS的培训经理,负责开发和实施培训课程,包括电子学习课程。发送有关此文章的电子邮件至 [电子邮件 protected].

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