32_UG热分析基础案例_沈春根
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15_UG有限元带阻尼振动分析_沈春根
0D单元
1D单元
0.2 弹簧单元 – 属性参数表（一维弹簧单元）
PELAS (CELAS2)
PELAS (CELAS1)
0.3 弹簧单元 –
属性参数表（三维弹簧单元CBUSH）
注意：CBUSH1D为一维弹簧单元
0.4 阻尼单元 – 描述
0D单元
1D单元
0.5阻尼单元 – 参数表
PDAMP (CAMP1)
PDAMP （CDAMP2）
0.6 质量单元- 描述
0D单元
1D单元
0.7 质量单元- 参数表
PMASS (CMASS1)
PMASS (CMASS2)
0.8 创建弹簧、质量和阻尼单元的2种方法
1.1 弹簧质量单元静力学分析- 提出问题
此端固定， Z拉伸方 向
弹簧刚度 设定为 10N/mm
计算弹簧的变形量
该节点固 定，X方 向变形
弹簧刚度 设定为 10N/mm
采用有限元计算固 有频率
该节点 质量为 1Kg
2.1 无阻尼单自由度振动系统 – 理论公式
K=1000N/m; M=1Kg。
理论计算： f = 15.924 Hz。
2.2 固有频率计算 – 创建弹簧单元并设置参数
创建1条 直线和2 个点
此端向 下拉力 10N
1.2静力学分析- 构建fem模型及参数
拉伸Z 方向
还可以采用 单元创建命 令（手工）
阻尼系数不影响 静力学计算结果
1.3静力学分析- 构建的弹簧单元
隐藏辅 助线
网格显 示和标 签显示
1.4静力学分析-构建sim模型并求解结果
位移云图
反作用力云图
2.0无阻尼单自由度振动系统 – 固有频率计算
24_UG声振基础案例_沈春根-免费分享
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
34_UG声学边界元基础案例_沈春根
UG NX有限元培训 – 专题34
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
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
33_UG热固耦合基础案例_沈春根
本实例也可以采用Simcenter 3D Multiphysics多物理场来进 行计算。
出现预加的温度载荷！
Step6. 完善Mapping Natran解算方案
激活Mapping Nastran方案； 将公共约束中的固定约束拖
至本方案的约束集内； 对本解算方案进行求解； 求解结束后，结果下的节
点 [Sturctural]，会显亮， 表明求解成功，可以双击打 开它。
Step7. 查看后处理-温度载荷造成的变形和应力
Step4. 选择源模型结果文件和设置输出
Step4. （继续） 查看导航器窗口的变化
如图所示，修改名称 Solution 1 （如果上述操 作没有完成的话）为 Solution 3 mapping；
对该解算方案进行求解； 求解的目的：将bun文
件中的温度数据，关联 至结构解算方案来。
Step5. 映射方案求解后得到新的结构方案
Step1. 完成温度解算方案和后处理（查看专题32）
便于区分，将解算方 案进行重命名
注意：在计算结果文件夹中，会找到一个后缀名为bun的文件（包含了网格 和后处理结果数据）！
Step2. 新建结构分析sim文件和解算方案
如果将这些文件取 名“见名思义”的 新名称，则更好！
以散热座CAD模型（Model1）或者上述温 度场分析操作所生成的i模型为参考，新建 结构分析用的fem和sim文件。
新建结构分析sim文件和解算方案?以散热座cad模型model1或者上述温度场分析操作所生成的i模型为参考新建如果将这些文件取结构分析用的fem和sim文件
UG NX有限元培训 – 专题33
NX有限元分析 热-固耦合分析基础案例
（采用Mapping映射方法）
出现预加的温度载荷！
Step6. 完善Mapping Natran解算方案
激活Mapping Nastran方案； 将公共约束中的固定约束拖
至本方案的约束集内； 对本解算方案进行求解； 求解结束后，结果下的节
点 [Sturctural]，会显亮， 表明求解成功，可以双击打 开它。
Step7. 查看后处理-温度载荷造成的变形和应力
Step4. 选择源模型结果文件和设置输出
Step4. （继续） 查看导航器窗口的变化
如图所示，修改名称 Solution 1 （如果上述操 作没有完成的话）为 Solution 3 mapping；
对该解算方案进行求解； 求解的目的：将bun文
件中的温度数据，关联 至结构解算方案来。
Step5. 映射方案求解后得到新的结构方案
Step1. 完成温度解算方案和后处理（查看专题32）
便于区分，将解算方 案进行重命名
注意：在计算结果文件夹中，会找到一个后缀名为bun的文件（包含了网格 和后处理结果数据）！
Step2. 新建结构分析sim文件和解算方案
如果将这些文件取 名“见名思义”的 新名称，则更好！
以散热座CAD模型（Model1）或者上述温 度场分析操作所生成的i模型为参考，新建 结构分析用的fem和sim文件。
新建结构分析sim文件和解算方案?以散热座cad模型model1或者上述温度场分析操作所生成的i模型为参考新建如果将这些文件取结构分析用的fem和sim文件
UG NX有限元培训 – 专题33
NX有限元分析 热-固耦合分析基础案例
（采用Mapping映射方法）
27_UG非线性基础案例SOL106_沈春根-免费分享
UG NX有限元培训 – 专题27
UG NX有限元分析 非线性基础案例（SOL 106）
沈春根、 关天龙、孔维忠 2016年10月第1版 2019年7月第2版
已熟悉SOL101和自定 义本地库材料的操作
1. 问题提出：超出弹变范围后的应力、应变如何求解？
Paቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt Sim
结构尺寸如图所示，材 料为Q235；
5. SOL106操作主要步骤
建立FEM模型，主要定义应力-应变曲线（表格数据）， 定义初始屈服值；
建立SOL106解算方案： 1）输出请求中激活：应变； 2）工况控制中定义：增量值； 3）模型数据中激活：大应变。
查看非线性应力和非线性应变解算结果。
4.1 SOL106解算方案主要步骤
输出请求：激活应变； 非线性参数：设置增量
数为20； 模型数据：激活大变形。
4.2 SOL106解算成功，后处理窗口
4.3 采用SOL106计算塑变阶段的变形情况（F为200N）
4.4 采用SOL106计算塑变阶段的变形情况（F为400N）
采用SOL106非线性模块计算出塑变阶段的数据，更符合真实的应力-应变规律！
一个端面固定约束，另 一侧棱边承受载荷；
载荷产生的实际应力超 出屈服强度后，其真实 变形需要采用SOL106求 解器。
2.1 自定义应力-应变曲线1（定义本地材料的参数）
2.2 定义应力-应变曲线2（表格内的数据，来自网络）
确定后，进 一步定义初 始屈服点/值
3.1 采用SOL101计算弹塑临界阶段的变形情况（F为100N）
外载荷小于100N左右，板材的变形符合胡克弹变规律的（本构模型）。
3.2 采用SOL101计算塑变阶段的变形情况（F为200N）
UG NX有限元分析 非线性基础案例（SOL 106）
沈春根、 关天龙、孔维忠 2016年10月第1版 2019年7月第2版
已熟悉SOL101和自定 义本地库材料的操作
1. 问题提出：超出弹变范围后的应力、应变如何求解？
Paቤተ መጻሕፍቲ ባይዱt Sim
结构尺寸如图所示，材 料为Q235；
5. SOL106操作主要步骤
建立FEM模型，主要定义应力-应变曲线（表格数据）， 定义初始屈服值；
建立SOL106解算方案： 1）输出请求中激活：应变； 2）工况控制中定义：增量值； 3）模型数据中激活：大应变。
查看非线性应力和非线性应变解算结果。
4.1 SOL106解算方案主要步骤
输出请求：激活应变； 非线性参数：设置增量
数为20； 模型数据：激活大变形。
4.2 SOL106解算成功，后处理窗口
4.3 采用SOL106计算塑变阶段的变形情况（F为200N）
4.4 采用SOL106计算塑变阶段的变形情况（F为400N）
采用SOL106非线性模块计算出塑变阶段的数据，更符合真实的应力-应变规律！
一个端面固定约束，另 一侧棱边承受载荷；
载荷产生的实际应力超 出屈服强度后，其真实 变形需要采用SOL106求 解器。
2.1 自定义应力-应变曲线1（定义本地材料的参数）
2.2 定义应力-应变曲线2（表格内的数据，来自网络）
确定后，进 一步定义初 始屈服点/值
3.1 采用SOL101计算弹塑临界阶段的变形情况（F为100N）
外载荷小于100N左右，板材的变形符合胡克弹变规律的（本构模型）。
3.2 采用SOL101计算塑变阶段的变形情况（F为200N）
29_UG流体基础案例稳态_沈春根
颜色显示-恢复：光 顺、显示于-恢复： 自由面；
重新切换颜色显示： 流线，点击右侧的 【结果】，打开 【流线绘图】对话 框；
点击【创建】，弹 出种子集对话框；
在模型右侧端面点 击（均匀）6个点， 应用并返回 ；
确定流线绘图对话 框；
确定后处理视图。
为保证流线长度贯穿于 整个长度上，做如下处理： 在Post View 1 中，勾
点击【显示】栏- 显示于切换为【切
割平面】- 点击【选项】- 弹出切割
平面对话框；
切割平面切换为【Y】、显示特征边
速度云图
激活、剪切侧切换为【全部输出】， 两次确认；
查看动画。
4.2 操作步骤- 后处理2 – 箭头- 动画
颜色显示： 箭头
回流效果
4.3 操作步骤- 后处理3 –流线显示
其他参数均默认。
3.2 操作步骤- 编辑求解方案2
求解
4.1 操作步骤- 后处理1- 光顺显示
在导航器窗口，双击-结果-Flow – 进
入后处理窗口；
依次点开：流-速度单元节点-Z（轴
向）；
单击Post View1 – 右键 – 编辑 – 弹
出后处理视图对话框；
点击【边和面】-边，切换为：特征；
UG NX有限元培训 – 专题29
UG NX有限元分析 流体基础案例-稳态
江苏大学 沈春根 2017年10月第1版 2019年12月第2版
已了解流体分类、流 体方程等基础知识！
1.1 应用案例-背景-槽式孔板流量计流场仿真
来源于 网络
创建三 维模型Βιβλιοθήκη .2 应用案例-仿真要求入口
出口
1. 入口流速为1m/sec，出口为大压（开 口）,介质为水；
重新切换颜色显示： 流线，点击右侧的 【结果】，打开 【流线绘图】对话 框；
点击【创建】，弹 出种子集对话框；
在模型右侧端面点 击（均匀）6个点， 应用并返回 ；
确定流线绘图对话 框；
确定后处理视图。
为保证流线长度贯穿于 整个长度上，做如下处理： 在Post View 1 中，勾
点击【显示】栏- 显示于切换为【切
割平面】- 点击【选项】- 弹出切割
平面对话框；
切割平面切换为【Y】、显示特征边
速度云图
激活、剪切侧切换为【全部输出】， 两次确认；
查看动画。
4.2 操作步骤- 后处理2 – 箭头- 动画
颜色显示： 箭头
回流效果
4.3 操作步骤- 后处理3 –流线显示
其他参数均默认。
3.2 操作步骤- 编辑求解方案2
求解
4.1 操作步骤- 后处理1- 光顺显示
在导航器窗口，双击-结果-Flow – 进
入后处理窗口；
依次点开：流-速度单元节点-Z（轴
向）；
单击Post View1 – 右键 – 编辑 – 弹
出后处理视图对话框；
点击【边和面】-边，切换为：特征；
UG NX有限元培训 – 专题29
UG NX有限元分析 流体基础案例-稳态
江苏大学 沈春根 2017年10月第1版 2019年12月第2版
已了解流体分类、流 体方程等基础知识！
1.1 应用案例-背景-槽式孔板流量计流场仿真
来源于 网络
创建三 维模型Βιβλιοθήκη .2 应用案例-仿真要求入口
出口
1. 入口流速为1m/sec，出口为大压（开 口）,介质为水；
11_UG NX有限元对称零件分析实例_沈春根-免费分享
建立对称约束； 建立其他约
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
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
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1. 建立FEM-散热座划分网格
应用模块-前/后处理-新建部件文件（模 板）-选择Simcenter 热/流-确定；
求解器Simcenter 热/流，分析类型：热， 确定-进入FEM环境；
指派材料：Aluminum_2014； 网格收集器：3D/实体，继承上述材料； 3D扫略网格（六面体），大小1.5mm，
选择散热器接触面，对话框中输入10 W，确定。
2.2 建立SIM - 定义热约束
约束类型-对流到环境，弹出对话框； 选择类型：对流到环境； 选择散热座上除了接触面之外的25个
表面； 对流系数中输入10 W/m^2.dC，确定。
说明：【对流到环境】还有一个类 型：自由对流到环境，适合于没有 风扇等强制对流的工况，同时不需 要定义对流系数。
一般自然对流系数在1-10W/m^2.k; 强制对流系数在10-100W/m^2.k。
3.求解（解算方案参数默认）后处理查看温度场
查看整体温度场分布； 最大温度值及其位置； 最小温度值及其位置。
4. 1 采用NX Nastran SOL 153 稳态非线性传热的主要设置
载荷类型： 热通量
学习热分析需要掌握热力学经典理论和一些基本概 念，比如术语、传热方式、材料热性能参数等；
本专题公开和分享，供同行之间交流和学习之用。
定义网格收集器，确定； 网格效果如图所示。
2.1 建立SIM -定义热载荷
新建仿真-新建部件文件（模板）， 选择Simcenter 热/流-确定
解算方案名称默认，求解器： Simcenter 热/流;分析类型：热；解 算方案类型：热，确定，进入SIM环 境；
载荷类型，热载荷，弹出热载荷对话 框；
芯片板面积：30mm*50mm； 芯片板发热功率为10w（热
载荷），假设全部传递给散 热座； 散热座和空气的对流系数为 10w/m^2.k（w/m^2.dC）。 求解散热座的温度场，为进 一步求解散热座的最大变形 和应力做准备。
热传导：芯片板热量全部传导给散热座； 热对流：除了和芯片板接触面，散热座的各个面和空气发生热对流； 热辐射：不考虑。
UG NX有限元培训 – 专题32
NX有限元分析 热分析基础案例
（采用两类解算器进行结果比较）
江苏大学 沈春根
2020年2月 第1版
Simcenter 热/流求解器 NX Nastran SOL 153 稳态非线性传热
0. 背景和仿真要求
散热座
芯片板
散热座材料为： Aluminum_2014；
约束类型：对流
4. 2 采用NX Nastran SOL 153 稳态非线性传热的结果
解算结果和 Sim别！
5. 总结和说明
请比较两种解算类型的操作流程有何细小的差异？ 并分析解算结果差异的主要原因？
本案例参考NX官方资料，具体命令和含义请查阅帮 助文件（Simcenter 3D tutorials）；