24_UG声振基础案例_沈春根-免费分享
1_UG有限元难理解术语及其应用NO1_沈春根
连接点；
1D连接替代 销轴连接
3.2、 1D连接 – 操作类型
同时支持基于几何体的连接和基于 FEM 的连接，基于几何体的连接类 型包括： 点到点（几何体） 节点到节点（FEM）
点到边
点到面 边到边
右键单击该1D单元网格，编辑网格相关数据，以编 辑网格中 RBE3 节点的自由度； 可以在任意两个面之间创建此类网格配对条件，而 不必关心它们的相对位置。
2.5 网格配对- 自由重合及作用
源面和目标面上的网格具有相同的单元几何类型；
在源面和目标面之间的接触处有重复节点； 自由重合条件对于调整有滑动趋势的面对面接触 问题很有用；
2.2 网格配对- 类型
粘连重合：在源面和目标面之 间进行几何体和网格匹配； 粘连非重合：在源面和目标面 上的网格之间创建连接； 自由重合：将使源面和目标面 上的网格相互对齐，并在网格 之间不创建任何连接。
2.3 网格配对- 粘结重合及作用
如果源面和目标面在几何结构上是相同的，则将 合并这两个面，创建一个由两个体共享的单个面； 如果这两个面在几何结构上不尽相同，将在这两
5、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
UG NX7.0有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2010；
UG NX8.5有限元分析入门与实例精讲，机械工
业出版社，2016；
UG有限元教学 – 系列专题1
UG NX 有限元 难理解术语及其应用-NO1
江苏大学 沈春根 2011年元月 第1版
2015年元月 第3版
目录
仿真坐标系
23_UG响应仿真SOL109应用V1_沈春根
0 0.05 0.1 0.2
力 /N
0 10 1 0
阻尼
0 0.04 0.04 0
2.0、 直接瞬态响应分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 在解算步骤设置时间步参数；
如果不关注分析模 型的模态和固有频 率，则前3个步骤可 以省略！
4.1、说明-拓展1
可以在同一个*.sim文件下、分别建立SOL109和 SOL112解算方案，设置同样的扰动力和阻尼值，
来比较解算结果；
比较两个解算方案，定义阻尼值的操作有何区别？
简化操作，可以不采用SOL103实特征值解算方
案步骤。
4.2、说明- 拓展2
在掌握本仿真操作流程的基础上，可以改变ห้องสมุดไป่ตู้（包
UG NX有限元培训 – 专题23
UG NX有限元分析 直接瞬态响应仿真（SOL109应用）
江苏大学 沈春根
2017年10月第1版
已基本掌握SOL103操作
目录
直接瞬态响应实例的条件和 要求； 直接瞬态实例的步骤和参数设置； 直接瞬态响应实例的结果和评价； 直接瞬态响应实例的补充和说明；
括力函数）、时间（包括时间步参数）、阻尼大小 （包括函数阻尼）等变量，来研究上述变量的变化对 输出响应（变形和应力）的影响规律； 虽然0.2s后冲击力为0，但由于阻尼的存在，到接近 0.22s时，应力和变形位移衰减至0； 阻尼值（包括结构阻尼和粘滞阻尼）对振动响应幅 值和相移的影响很大，值得重视。
建立SOL109解算方案（也可以直接定义阻尼值）；
编辑解算方案，设置阻尼值大小；
定义边界约束、定义动态作用力； 求解并查看结果。
34_UG声学边界元基础案例_沈春根
NX有限元分析 声学基础案例
（基于 Simcenter Acoustic BEM，NX12.0及以上版本）
江苏大学 沈春根
2020年2月 第1版
了解声学基础知识; 熟悉NX仿真流程。
0.1 Simcenter Acoustics BEM基本概念
使用边界元法 (BEM) 的 Simcenter Acoustics BEM 求解器 环境可以对内部和外部的声学与声振问题进行求解。
打开新建FEM对话框，默认求解器 Simcenter Acoustics BEM，分析 类型：直接声学，确定-进入FEM 环境；
Step1.2 划分2D网格（作为声波传递到潜水器模型的边界）
OR
2D网格-单元类型：TRI3 Acoustic，单元 大小150mm，默认网格收集器，确定；
注意，单元大小也可以输入函数式，括号 内的数值和分析频率最大值有关；
可以计算不同声源产生的声压大小（或者功率大小）、 不同的声源距离，对壳体表面声压的变化；
如果声源所处的方位变化，比如和X轴成45度的角度，可 以计算相应的声压分布变化。
5. 总结和说明
建议进一步了解术语和关键词：BEM(边界元)、直接 /间接声学、网格体素、声学流体及其属性、定义声学 材料的参数（比如水、空气）、定义单元大小函数、 声波源类型、声波指向性（指向极坐标图的含义）、 声压级、麦克风（传感器）网格、吸声器（材料）等。
求解声波传递至潜水器壳体表 面的最大声压级（dB）;
画出250Hz和1000Hz下的声 波指向图（方向性分析图）；
分析频率为250、500、750、 1000Hz等4个频率。
Step1.1：构建CAD模型，新建FEM文件
声与振动基础 PPT课件.ppt
第二节 声压的基本概念
➢为了进一步定量研究声波的各种性质， 就需要确定用什么物理量来描述声波过 程，我们知道，连续媒质可以看作是有 许多紧密相连的微小体积元dv组成的物 质系统，这样体积元内的媒质就可以当 作集中在一点，质量等于ρv的质点来处 理，ρ是媒质的密度，但这种质点与刚性 质点不同，因为密度是随时间和坐标而 变化的量。
图1-8 室内声音传播示意图
• 总之，声学是一门与人类生活、生产 和社会活动息息相关的学科，它包含 了科学的、技术的和艺术的内容，是 一门交叉渗透性非常强的学科。交叉 的结果实现了声学的各种各样的分支 学科，也必将在今后的科技发展中发 挥更大的作用。
主要内容
第一章 绪论 第二章 声波的基本性质及传播特性
第一节 声学研究的发展概况
• 现代声学最初发展的分支就是建筑声学和电声学以及 相应的电声测量；以后，随着频率研究范围的扩展， 又发展了超声学和次声学；由于手段的改善，进一步 研究听觉，发展了生理声学和心理声学；由于对语言 和通信广播的研究，发展了语言声学。第二次世界大 战中，开始把超声广泛地用到水下探测，促进了水声 学的发展。与其他学科结合，形成了许多交叉学科。
方程、定律 描述声学现象
发现新的 声学现象
发展新的 预测理论
声学的生命力在于其科学的物理基础
（1）声波的产生机制
• 声学首先要研究的是声波的产生。振动 学是研究声源的理论基础。
• 声学所研究的简谐振动及其在各种物质 中传播的属性是物理学的本质之一。
• 从伽利略的工作到胡克定律的发现，都 是振动学的实验研究。
• 20世纪60年代前后，“噪声控制”作为一门独 特的学科从建筑声学中分离出来，得到迅速发 展，是当前研究的前沿热点之一。
11_UG NX有限元对称零件分析实例_沈春根-免费分享
束条件； 施加轴承载
荷；
1.5实例1-对称约束-约束模型和结果
内孔 固定
轴承 载荷
对称 约束
和全模型做 对比分析
2.0.1 轴对称分析-基础知识1
旋转体零件且施加载荷和约束仅为径向和轴向（即 没有相切分量）时，即可采用轴对称分析方法；
非常适合回转轴、压力容器等旋转零件； 操作时，在轴侧的剖切平面上创建有限元模型，大
பைடு நூலகம்
两侧内 孔固定
承受轴 承力载
荷
当零件的结构是对称 的，且包含对称的约 束条件和载荷，则可 以通过将模型切割成 一半，仅分析一半模 型来简化问题。
1.2实例1-对称约束-在理想化中拆分体
1.3实例1-对称约束-处理FEM模型
隐藏一半的多边形体； 赋予材料、物理和网
格属性； 网格划分；
1.4实例1-对称约束-处理SIM模型
2.5 实例2- 进行2D网格划分，并定义材料属性
默认即可
2.6 实例2- 新建仿真、解算方案和施加条件
2.7 实例2-结果显示
剖面结果显示
3D轴对称显示
内压均 布10MP
轴端棱 边固定
2.2 实例2- 新建FEM，选择轴对称结构类型
2.3 实例2- 切换到理想化环境提升体、拆分体
检查模型的 Z轴为对称 轴，否则对 模型进行变
换。
2.4 实例2-切换到FEM模型
步骤2： 选中一个剖面， 通过仅显示，显 示其片体。
步骤1： 检查仿真导航
器各个节点的 变化； 同时隐藏一半 的几何体。
UG NX有限元教学和培训 – 专题11
UG NX有限元分析 常见对称零件分析和应用
20_UG响应仿真SOL111应用_沈春根
所需模态有频率大小
基本确定：扫频的最 大频率为7200Hz， 最小频率200Hz。
1.3、 新建SOL111解算方案和解算步骤
1.4 设置扫频频率的类型和参数 ，并添加到列表中
1.5 设置阻尼值的数据类型（表数据）
用于固定阻尼值 的填写； 也可以用于非恒 定值的填写；
UG NX有限元培训 – 专题20
UG NX有限元分析
响应仿真（SOL111应用）
江苏大学 沈春根
2017年10月第1版
内部教学，请勿外传
0.1、 频率响应（扫频）分析的情况简介
此棱边 固定 模型的结 构阻尼值： 0.04 棱边Z向，承 受一个频率函 数的扰动力
该A点的 应力响应？
该B点的 位移响应？
0.2、 频响分析的主要流程
建立FEM、SIM文件；
建立 SOL103实特征值解算方案； 计算模态并查看结果； 建立SOL111解算方案和解算步骤； 设置扫频频率类型和范围；
设置阻尼值类型和参数；
定义边界约束； 求解并查看结果。
1.1、建立fem、sim和SOL103实特征值解算方案
1.6、施加约束
此棱边 全固定
1.7、施加力载荷（表格式数据）
此为连 续规律 的数据
此为不连续或 者离散规律的 数据
1.7、 扰动力的规律和数据填写
扰动力的描述： 随着激励频率从200 至7200Hz，其大小 从1N增加到5N，增 加规律服从线性插 补。
1.8、 求解并查看结果
1.8.1、查看：扰动频率250Hz的变形和应力云图
1.8.2、新建图表，查看A点应力响应的方法
选定 A点
类型： 应力
频率 范围
UG有限元0D1D2D实例_沈春根
1D网格对话框中，尽量勾选合并节点选项； 如果出现重复节点，计算后无法出现结果。
2、步骤11 –新建SIM、添加重力载荷、施加4个撑脚 的固定约束
注意重力 方向！
2、步骤12-计算并查看应力和变形结果
整体应 力云图
撑脚应 力云图
3.1、总结1：思考以下问题
网格配对类型为何采用了自由重合方式？ 本实例1D连接类型使用了RBE3，为何不用RBE2？ 如果撑脚1D梁单元和底板2D单元不进行节点检查和 合并操作，为何无法计算出结果？ 请克隆计算方案，改变0D单元载荷大小并重新计算， 可以研究不同重量对整体结构变形和应力的影响规律。
重物为模拟发动机等 承重体，和底板若干点 进行联接并传递重力；
所有材料为steel；
在顶部载荷作用下， 分析整个结构的变形和
应力分布；
分析撑脚的受力状况。 撑脚4个，截面 25×25，厚3； 底板1个， 厚3； 重物1个，质 量为100kg；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.2 实例介绍 – 练习目的
构建待分析的装配模型，为简化问题，不分析 底板和撑脚重量对整个结构的重力效应； 在FEM中将重物简化为0D单元；撑脚简化为 1D梁单元；底板简化为2D单元； 本实例要点：一是如何构建0D单元？二是0D单 元如何和底板2D单元上若干个点联接起来？
建方法，模拟实物和实际情况有所区别的；
比如撑脚和底板是面面接触，撑脚简化为1D形成
了点接触，造成了底板四个角处发生应力集中； 比如重物和底板接触面比较大的，采用了若干点的 1D连接，显然分析的效果和实际有出入的； 根据上述的启发，建议改进模型并进行分析。
4、参考文献
UG NX CAE帮助文件；
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析
基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析刘兵华1 席燕辉2(1.延锋汽车饰件系统(长沙)有限公司 湖南长沙 410000;2.长沙理工大学 湖南长沙 410114)摘要： 超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件，在塑料超声波焊接加工中，常常把变幅杆与焊接工具设计在一起，即业内通俗说的超声波变幅杆焊头。
该文结合实际应用情况，通过理论计算得到阶梯形变幅杆焊头的几何模型，并基于Ansys Workbench 分析软件对阶梯形变幅杆焊头进行模态分析和谐响应分析，获得了阶梯形变幅杆放大系数、截面突变处的过渡圆弧与最大应力的变化规律，为阶梯形复合变幅杆焊头的设计提供了参考，优化设计的阶梯形变幅杆焊头工作性能得到大幅度提升。
关键词： 阶梯形 变幅杆焊头 有限元 模态分析中图分类号： TG663文献标识码： A文章编号： 1672-3791(2023)10-0071-05Design and Performance Analysis of the Stepped Horn WeldingHead Based on Ultrasonic Vibration MachiningLIU Binghua 1 XI Yanhui 2(1.Yanfeng Automotive Trim Systems (Changsha) Co., Ltd., Changsha, Huhan Province, 410000 China;2.Changsha University of Science and Technology, Changsha, Hunan Province, 410114 China)Abstract: The ultrasonic horn is an important part of the ultrasonic vibration system in the ultrasonic vibration composite processing technology. In the plastic ultrasonic welding process, the horn and welding tools are often de‐signed together, and that is commonly known as the ultrasonic horn welding head. Combined with the actual ap‐plication situation, this paper obtains the geometric model of the stepped horn welding head through theoretical calculation, conducts the modal analysis and harmonious response analysis of the stepped horn welding head based on Ansys Workbench analysis software, and obtains the variation law of the amplification coefficient, transition arc at the abrupt change of cross-section and maximum stress of the stepped horn, which provides reference for the design of the stepped horn welding head. The working performance of the stepped horn welding head that is optimally designed has been greatly improved.Key Words: Stepped; Horn welding head; Finite element; Modal analysis超声振动加工是一种重要的特种加工技术，其中超声振动系统是超声加工的核心部分，由换能器、变幅杆、工具等构成。
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1.3 FEM-对声波域（包络体）划分网格1
物理属性-打开其对话框-类型切换为 【PSOLID-声学流体】-创建-打开 【PSOLID-声学流体】对话框，点击 【选择材料】；
进入【材料列表】-选取空气（Air，必 要时自定义声域体材料）-确认，返回完 成操作；
一般来说，对于声学体材料，只需要密 度、体积模量和声速中的两个即可。
网格效果和导航器 特征树如图所示。
1.2 FEM-建立曲面包络体
插入-曲面包络-曲面包络方案，打开对话框； 选择全部2D单元，分辨率（全局解析度）设为5mm（建议自动计算）； 点击【点】对话框，选择坐标原点作为包络的中心点，确认； 在导航器窗口，如图所示，点击【包络】，注意特征树发生了变化。 隐藏【2D收集器】，即可看到该几何体（声波域、声学体、空气），默认呈现半透明。
1.4 FEM-对声波域（包络体）划分网格2
3D扫略网格（六面体）-选择源面-定义 单元类型为：CHEXA(8)-Acoustic Fluid;
定义单元大小（依据参见后页）； 定义网格收集器。
1.5 FEM- 对声波域划分网格3
要计算最大单元大小，可将最大频 率转换为最大波长并除以 6；
本案例分析上限频率4000Hz，声速 按照340m/s(声速等于波长乘以频 率)，那么最大单元大小约为： 14.17mm;
通过指定最大频率来定义单元大小， 可使用支持对话框内单元大小框中 的 SizeForAcoustics 函数。
结构体单元和声域体单元，两者的单元阶次尽量一致， 给两者接触（耦合）计算带来方便！
触参数、定义扰动频率； 4. 求解和后处理。
关键词：曲面包络、Acoustic Fluid（声学流体）、（声）流体-结构耦合
1.1 FEM-划分壳体（结构体）2D单元网格
新建FEM-新建部件 文件，选择NX Nastran 声振-确定；
默认新建FEM对话， 确定-进入FEM环境；
2D网格-单元类型： CQUAD4，大小 10mm，定义网格收 集器（定义材料和 壁厚等），确定；
默认
3.2 编辑解算方案-工况控制-流体结构互动控制参数
默认
3.3编辑解算方案-工况控制-结构的实特征值法
模态数 量不必
过多
3.4编辑解算方案-工况控制-流体的实特征值法
参考上 一页的
操作
3.5 编辑解算方案-工况控制-扰动频率1
3.6 编辑解算方案-工况控制-扰动频率2
4.1 求解和后处理-查看某个频率下壳体的变形
2.1 SIM-新建解算方案和解算步骤（子工况）
新建仿真-选择NX Nastran 声振-确 定-进入SIM环境；
新建解算方案和解算步骤（子工况模态频率）；
确定，暂时不定义相关参数，后续 再进行编辑。
2.2 SIM-定义点声源-单极声源
指定点：声学体 模型的中心点
3.1编辑解算方案-模型数据-流体结构接触面建模参数
本案例也可以采用Simcenter 3D Acoustics BEM模 块进行计算；
曲面包络命令可以对电机、发动机等复杂模型进行 声学几何体及其网格的构建，从而进行声辐射仿真；
本专题公开和分享，供同行之间交流和学习之用。
查看其它频率结果， 从而查到整个频段
的最大值。
4.2 后处理-查看某个频率声波的声压级-1
4.3 后处理-查看某个频率声波的声压级-2
2000Hz
200Hz
5. 总结和说明
本案例参考NX官方资料，具体命令和含义请查阅帮 助文件（NX1899 Help、Simcenter 3D tutorials）；
UG NX有限元培训 – 专题24
NX有限元分析 声振响应基础案例
（基于 NX Nastran FEM 声振，NX12.0及以上版本）
江苏大学 沈春根
2017年12月 第1版 2020年1月 第2版
掌握SOL111频响操作方法； 了解声学基础知识和概念。
0.1 背景和仿真要求
点声源
钢（steel）壳体长、宽、高均为 100mm，壁厚为1mm；
钢壳体中心点有个点声源，功率为 0.1w；
求解点声源传递到壳体内壁面的声 波的最大声压级（dB）;
选取关注频率（， 分析上限频率为4000Hz。
0.2 主要步骤
1. 建立FEM模型，划分结构体和声学体网格； 2. 建立SIM模型，定义声源类型和参数； 3. 编辑解算方案，定义结构-（声）流体两者的接