UG有限元分析第6章
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UG NX 8.5 有限元分析入门与实例精讲 第6章
选择材料
单击【创建】
单击【确定】
4)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】 对话框
单击【确定】
5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框；
设置 相关 参数
单击确定
网格划分 示意图
6）分析单元质量
2）平滑绘图设置
右键单击【云图绘图】中【Post View1】，选择【设置结果】，弹出如图所示的【平滑 绘图】对话框，在【坐标系】下拉菜单中选择【整体（全局）圆柱坐标系】，默认其他 选项参数，单击【确定】按钮，将后处理中模型的坐标系调整为全局圆柱坐标系
本实例在给定过盈配合量的基础上，分析在行星轮上施加的扭矩对接触压力、应 力分布状态的影响，从而为行星轮系统实施过盈联接提供理论和数据支撑。
行星轮系统实 物模型
行星轮结构模型
工况条件
行星轮及行星架都采用Iron_40材料 行星轮与行星架使用过盈装配工艺，过盈量为0.082mm，作用在三个行星轮外圆面
设置相关参数
单击确定
2）定义材料属性
单击工具栏中的【材料属性】图标， 弹出【指定材料】对话框，在图形窗 口选中行星轮系统的4个几何模型，选 择【材料列表】框中【库材料】中的 【Iron_40】； 设置相关参数
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
划好网格单元后，在仿真导航器窗口中出现4个部件网格体节点。在窗口菜单中选择 【单元质量】命令，出现如图所示的【单元质量】检查窗口
新增网 格节点
选择 对象
单击 命令
（1）创建仿真模型
单击【创建】
单击【确定】
4)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】 对话框
单击【确定】
5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框；
设置 相关 参数
单击确定
网格划分 示意图
6）分析单元质量
2）平滑绘图设置
右键单击【云图绘图】中【Post View1】，选择【设置结果】，弹出如图所示的【平滑 绘图】对话框，在【坐标系】下拉菜单中选择【整体（全局）圆柱坐标系】，默认其他 选项参数，单击【确定】按钮，将后处理中模型的坐标系调整为全局圆柱坐标系
本实例在给定过盈配合量的基础上，分析在行星轮上施加的扭矩对接触压力、应 力分布状态的影响，从而为行星轮系统实施过盈联接提供理论和数据支撑。
行星轮系统实 物模型
行星轮结构模型
工况条件
行星轮及行星架都采用Iron_40材料 行星轮与行星架使用过盈装配工艺，过盈量为0.082mm，作用在三个行星轮外圆面
设置相关参数
单击确定
2）定义材料属性
单击工具栏中的【材料属性】图标， 弹出【指定材料】对话框，在图形窗 口选中行星轮系统的4个几何模型，选 择【材料列表】框中【库材料】中的 【Iron_40】； 设置相关参数
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
划好网格单元后，在仿真导航器窗口中出现4个部件网格体节点。在窗口菜单中选择 【单元质量】命令，出现如图所示的【单元质量】检查窗口
新增网 格节点
选择 对象
单击 命令
（1）创建仿真模型
UG有限元分析步骤精选整理.doc
UG有限元分析步骤精选整理.doc
1. 准备模型：首先，在UG中绘制需要分析的零件或装配体的3D模型。
确保模型的几何尺寸和材料等参数设置正确。
2. 网格划分：将模型分割成许多小单元，称为网格单元。
这些单元的大小和形状应
该足够小和简单，以便于计算程序的处理。
3. 材料属性定义：为每个网格单元定义材料性质。
这些属性包括弹性模量、泊松比、密度等。
4. 约束条件设置：定义所有约束条件，如边界约束、支撑条件等。
这些条件对应于
被分析部件的实际使用场景。
5. 载荷应用：将载荷应用于模型。
这些载荷可以是静态或动态载荷、温度载荷等，
也可以模拟外部力或压力。
6. 求解模型：选定求解器，使用许多数学方法解决数学方程，以有效地计算应力、
应变和变形等设计参数。
7. 结果分析：对有限元分析的各个方面进行评估和评估，检查计算的准确性和可靠性。
这些结果可以用于优化设计，以改进零件或装配体的性能。
8. 优化设计：如果有必要，使用有限元分析的结果来重新设计零件或装配体，并在
再次进行分析前进行修改。
总之，UG有限元分析是一种重要的工具，用于设计和生产过程中的性能优化和验证。
这个步骤需要正确的建模和分析，以确保计算是精确和可靠的。
基于UG的焊缝建模和有限元分析技术
图１ ３种结构尺寸的 Ｖ 型焊缝
在 ＵＧ ＮＸ４ 的 建 模 环 境 下 建 立 焊 缝 及 平 板 的 实 体模型。首先是装配两个平板，使平板之间的间隙为
３ｍｍ，即焊缝 根 部 间 隙。 对 焊 缝 实 体 建 模， 在 焊 接 助理中选择对接焊缝，坡口类型选择 Ｖ 型焊缝，焊 缝上表面为平齐的轮廓，选取焊缝与平板上表面的两 个重合边为起始边和终结边，焊缝边界离起点和终点 的位置都为０，采用连续焊接方式， 焊 接 过 程 不 设 置 衬垫和定位片，最后生成的６０°坡口夹角带钝边 Ｖ 型 焊缝实体模型 见 ［１］ 图２。
出 版 社 ，２００７． ［２］ 王云程．筒体缺陷区 的 应 力 分 析 ［Ｊ］．河 北 科 技 大 学 学 报，
焊缝内部
焊缝与平板１下表面接 触面的交线上
焊缝内部
焊缝与平板侧面接触面上， 距平板下表面６ｍｍ 左右
焊缝与平板１下表面 接触面的交线上
焊缝与平板１侧面接触 面的钝边拐角位置
１９９９（３）：１０３－１０６． ［３］ 罗金华．基于 ＡＮＳＹＳ的中厚板焊接有限元三维 数 值 模 拟
图4刚性杆单元平板与焊缝之间生成刚性杆单元是把焊缝接触面的网格节点作为父数据集把平板接触面的网格节点作为子数据集在焊缝与平板之间会生成一一对应的节点连接节点生成刚性杆单元然后更新网格模型在接触面上的网格会按节点对位置重新划分平板与焊缝的网格这时平板与焊缝接触面上的节点已经连接在一起即生成了焊接单元
第６期 （总第１６９期） ２０１１ 年 １２ 月
体建模问题，同时验证了刚性杆单元可以比较真实地
图 ９ ６０°坡 口 夹 角 焊 缝 （无 钝 边 ）的 应 力 云 图
表 ２ 工 况 １ 下 应 力 的 最 大 值 和 位 置
焊缝类型
在 ＵＧ ＮＸ４ 的 建 模 环 境 下 建 立 焊 缝 及 平 板 的 实 体模型。首先是装配两个平板，使平板之间的间隙为
３ｍｍ，即焊缝 根 部 间 隙。 对 焊 缝 实 体 建 模， 在 焊 接 助理中选择对接焊缝，坡口类型选择 Ｖ 型焊缝，焊 缝上表面为平齐的轮廓，选取焊缝与平板上表面的两 个重合边为起始边和终结边，焊缝边界离起点和终点 的位置都为０，采用连续焊接方式， 焊 接 过 程 不 设 置 衬垫和定位片，最后生成的６０°坡口夹角带钝边 Ｖ 型 焊缝实体模型 见 ［１］ 图２。
出 版 社 ，２００７． ［２］ 王云程．筒体缺陷区 的 应 力 分 析 ［Ｊ］．河 北 科 技 大 学 学 报，
焊缝内部
焊缝与平板１下表面接 触面的交线上
焊缝内部
焊缝与平板侧面接触面上， 距平板下表面６ｍｍ 左右
焊缝与平板１下表面 接触面的交线上
焊缝与平板１侧面接触 面的钝边拐角位置
１９９９（３）：１０３－１０６． ［３］ 罗金华．基于 ＡＮＳＹＳ的中厚板焊接有限元三维 数 值 模 拟
图4刚性杆单元平板与焊缝之间生成刚性杆单元是把焊缝接触面的网格节点作为父数据集把平板接触面的网格节点作为子数据集在焊缝与平板之间会生成一一对应的节点连接节点生成刚性杆单元然后更新网格模型在接触面上的网格会按节点对位置重新划分平板与焊缝的网格这时平板与焊缝接触面上的节点已经连接在一起即生成了焊接单元
第６期 （总第１６９期） ２０１１ 年 １２ 月
体建模问题，同时验证了刚性杆单元可以比较真实地
图 ９ ６０°坡 口 夹 角 焊 缝 （无 钝 边 ）的 应 力 云 图
表 ２ 工 况 １ 下 应 力 的 最 大 值 和 位 置
焊缝类型
UG有限元分析第6章
UG有限元分析第6章
热传导问题是指在不同温度的物体之间，由于温度差引起的热量传递现象。
其基本方程为热传导方程，即Fourier定律。
热传导问题的求解需要确定物体的温度分布以及热通量。
在确定温度分布时，需要考虑边界条件，包括温度边界条件和热通量边界条件。
本章详细介绍了这些基本方程和边界条件，并引入了标量场和标量场描述方法。
针对热传导问题的离散化方法是有限元方法。
有限元方法将物体划分为若干个小单元，并在每个小单元内近似求解。
本章详细介绍了有限元方法的基本思想和步骤。
首先需要建立有限元模型，确定离散化的小单元形状和尺寸。
然后，根据有限元方法的离散化原理，将热传导问题离散化为一个线性代数方程组。
最后，通过求解线性代数方程组，得到物体的温度分布。
在有限元分析的过程中，还需要进行一些计算和处理。
本章详细介绍了有限元分析中常用的计算和处理方法。
其中包括矩阵形式的方程组和有限元的组装方法。
此外，本章还介绍了一些有限元分析的数值方法，如迭代法和加速技术。
最后，本章通过一个具体的案例进行了实际的有限元分析。
案例中考虑了一个简单的热传导问题，通过建立有限元模型、离散化、求解线性代数方程组等步骤，最终得到了物体的温度分布。
总之，UG有限元分析第6章主要介绍了基于有限元方法进行热传导问题求解的原理和方法。
通过本章的学习，读者可以了解到热传导问题的基本方程和边界条件，以及有限元方法的基本思想和步骤。
同时，通过案例的实际操作，读者可以更好地理解和应用有限元分析方法。
UG有限元分析教程
UG有限元分析教程第1章高级仿真入门在本章中，将学习：高级仿真的功能。
由高级仿真使用的文件。
使用高级仿真的基本工作流程。
创建FEM和仿真文件。
用在仿真导航器中的文件。
在高级仿真中有限元分析工作的流程。
1.1综述UG NX4高级仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品，旨在满足设计工程师与分析师的需要。
高级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所示为一连杆分析实例。
图1-1连杆分析实例高级仿真提供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，如果结构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执行的分析类型。
本软件使用该解算器的术语或“语言”及分析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。
另外，还可以求解模型并直接在高级仿真中查看结果，不必首先导出解算器文件或导入结果。
高级仿真提供基本设计仿真中需要的所有功能，并支持高级分析流程的众多其他功能。
高级仿真的数据结构很有特色，例如具有独立的仿真文件和FEM 文件，这有利于在分布式工作环境中开发有限元（FE）模型。
这些数据结构还允许分析师轻松地共享FE数据去执行多种类型分析。
UG NX4高级仿真培训教程2高级仿真提供世界级的网格划分功能。
本软件旨在使用经济的单元计数来产生高质量网格。
结构仿真支持完整的单元类型（1D、2D和3D）。
另外，结构级仿真使分析师能够控制特定网格公差。
例如，这些公差控制着软件如何对复杂几何体（例如圆角）划分网格。
高级仿真包括许多几何体简化工具，使分析师能够根据其分析需要来量身定制CAD几何体。
例如，分析师可以使用这些工具提高其网格的整体质量，方法是消除有问题的几何体（例如微小的边）。
高级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全集成的有限差分解算器。
它允许热工程师预测承受热载荷系统中的热流和温度。
UG有限元分析
第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来专业文档供参考，如有帮助请下载。
0 UG 有限元分析第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来1.1 有限元分析方法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。
数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。
1.1.1 有限单元法的形成近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科——计算机辅助工程CAE （Computer Aided Engineering ）。
这些商品化的CAE 软件具有越来越人性化的操作界面和易用性，使得这一工具的使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或分析人员，CAE 在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵深发展，CAE 工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。
许多行业中已经将CAE 分析方法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品上市前必不可少的环节。
CAE 仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：❑ CAE 仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。
❑ 虚拟样机的引入减少了实物样机的试验次数。
❑ 大幅度地降低产品研发成本。
❑ 在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品。
❑ 能够快速对设计变更作出反应。
❑ 能充分和CAD 模型相结合并对不同类型的问题进行分析。
❑ 能够精确预测出产品的性能。
❑ 增加产品和工程的可靠性。
❑ 采用优化设计，降低材料的消耗或成本。
❑ 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题。
❑ 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费。
第1章 有限元分析方法及NX Nastran 的由来专业文档供参考，如有帮助请下载。
UG有限元分析-大致步骤
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定十二、查看有限元分析结果：
十三、编辑注释，可以显示相关参数：
十四、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
UG有限元分析
8.4 操作步骤
8.4.1 曲轴结构自由模态的计算 创建有限元模型 优化（理想化）模型 创建有限元模型 创建仿真模型 求解自由模态 后处理及其动画演示
8.4.2 曲轴结构约束模态的计算 施加约束条件 求解约束模态 后处理及其动画演示
8.4.3 曲轴结构模态计算精度的对比
8.4.1 曲轴结构自由模态的计算
1）定义材料属性
单击工具栏中的【指派材料】图标，弹出【指派材料】对话框； 设置相关参数
单击该命令
2)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
选择材料
单击【创建】
单击【确定】
3)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】 对话框
2020/3/23
1）理想化几何体
在工具栏上单击【理想化几何体】命令，弹出【理想化几何体】对话框；
油孔1
油孔2
设置相 关参数
删除曲轴上两 个贯通的油孔
2）移除几何特征
删除模型上的油孔后会发现，在油孔删除部位处还残留有前面的断线，选择【移 除几何特征】命令，
选取相应 的对象
移除几何特征 操作后示意图
（3）创建有限元模型
设置参数
单击确定
4）仿真导航器新增节点
单击【创建解算方案】对话框的【确定】 按钮，注意到【仿真导航器】窗口分级树 中新出现了相关的数据节点，如图所示。
单击工具栏中的【保存】按钮，将上述操 作成功的仿真模型和数据及时保存起来。
仿真导航器 新增节点
（5）求解自由模态
在【仿真导航器】窗口分级树中单击【Crank Shaft_sim1.sim】节点，单击求解， 待求解完成关闭相应的窗口，如图所示。双击【结果】命令窗口，出现模态后处理结 果。 后处理导航 器新增节点
UGNX6有限元分析
几何体理想化
几何体理想化的工具
• 理想化几何体 • 提取中心面
• 特征消除几何体
• 缝合
• 分割体
• 分割面
几何体理想化
理想化几何体
使用理想化几何体 从一个实体或者实体上的 一个区域里移出某个特征 ，比如模型上小的面、孔 或者倒圆， 这些小几何特征的模型， 尽管它是实际存在的，但 是将导致单元数量的额外 增加，甚至会产生不理想 的单元形状，影响网格化 分的质量。 操作： 选择体 选择特征
有限元分析导航器
有限元分析导航器
通过导航器中的树状结构，我们可 以很方便的查看和管理有限元模型 1. 解算文件 2. 有限元模型文件 3. 理想化模型文件 4. 主模型文件 5. 解算方案 6. 结果
有限元分析导航器
有限元导航器中的常用图标及功能
解算文件 0D单元 解算方案
有限元文件
1D单元
载荷条件
分割体
使用分割体 命令来 分割选择的实体。 在为复杂的网格划分做准 备的时候，该功能特别有 用，这有助于将几何体分 割成更小、更简单和更易 于处理的几何题，以便于 特定区域的网格划分，便 于用户划分出更好的网格 操作：
几体理想化
分割体
实体 方向
建立基准面 预览不能扫 描的实体
几何体理想化
提取中心面
学习使用模型修复工具自动修复几何模型
学习使用建模功能来纠正几何模型
几何体理想化
通过本课程的学习，你将： 学会在网格划分前，使用几何理想化工具简 化几何模型
几何体理想化
几何体理想化的目的
定义网格划分之前移出或者抑 制某些特征
给模型添加部分特征，比如中 心面或者分割模型
对理想化模型进行操作 几何体理想化和几何体整理的 区别：操作的模型文件不一样 ，几何体理想化是在理想化模 型上，几何体整理是在有限元 模型上
UG有限元分析步骤精选整理学习资料
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定
十二、
十三、
十四、
十五、查看有限元分析结果：
十六、
十七、编辑注释，可以显示相关参数：
十八、
十九、
二十二、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
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（1）克隆解算方案
在【仿真导航器】窗口分级树中，单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的 【克隆】命令，单击出现的【Copy of Solution 1】节点，右键单击弹出的【重命名】 命令，修改为【Solution 2】，注意该节点呈现蓝颜色，说明它处于激活和可操作状 态，同时它的解算设置参数和【Solution 1】相一致的。
6.4 操作步骤
6.4.1 过盈量大小对接触性能的 6.4.2 过盈状态下扭矩载荷对行
影响
创建有限元模型 创建仿真模型
星轮系统性能的影响
克隆解算方案 施加扭矩载荷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过盈接触面对的定义
施加边界条件 求解及其接触参数的设置
求解
后处理结果查看
接触结果的查看
6.4.1 过盈量大小对接触性能的影响
行星轮系统整体接 触压力结果
行星轮接触压 力分析结果
4）退出后处理模式
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口，单击工 具栏中的【保存】命令，完成此次计算任务和初步评估的操作。 本实例以锥形涨套联接为对象，其他的显示模式和显示结果请参考随书光盘 Book_CD\Part \Part_CAE_Finish\ Ch06_Planet Gear \文件夹中相关 文件，操作过程的演示请参考影像文件Book_CD\AVI\ Ch06_Planet Gear _AVI。
（2）施加扭矩载荷
1）单击【Solution 2】节点下面的【Subcase-Static Loads 1】子节点，右键单击 弹出的【激活】命令，注意到【Subcase-Static Loads 1】节点显示为蓝颜色，说明 可以对该选项进行操作。 单击【Subcase-Static Loads 1】节点下面的【载荷】子节点，右键单击弹出的【新 建载荷】选项，再单击弹出的【扭矩】命令，如图所示；
全局接触参数 设置对话框
设置相关参数
单击确定
3）求解
在仿真窗口中单击【Solution 1】节点， 右键单击弹出的【求解】命令，弹出 【求解】对话框，单击【确定】按钮， 进行其他操作； 稍等出现【完成分析作业】的提示后， 关闭各个信息窗口，双击出现的【结果】 节点，即可进入后处理分析环境；
接触分析收敛 监视器
新增加的 载荷节点
2）添加扭矩
弹出【扭矩（Torque（1））】对话框，设置相关参数；
设置相关 参数
仿真导航器新 增相关节点
扭矩施加 示意图
单击确定
（3）求解
1）在仿真窗口中单击【Solution 2】节点，右键单击弹出的【求解】命令， 弹出【求解】对话框，单击【确定】按钮，依次出现【模型检查】信息、 【分析作业监视器】和【解算监视器】3个对话框，其中【解算监视器】对话 框包括【解算信息】、【稀疏矩阵求解器】和【接触分析收敛】，等待分析 作业完成。 2）出现【完成分析作业】的提示后，关闭各个信息窗口，双击出现的【结果】 节点，即可进入后处理分析环境，请注意在【后处理导航器】窗口增加的有 关数据节点名称。
单击确定
网格划分 示意图
6）分析单元质量
划好网格单元后，在仿真导航器窗口中出现4个部件网格体节点。在窗口菜单中选择 【单元质量】命令，出现如图所示的【单元质量】检查窗口
新增网 格节点
选择 对象
单击 命令
（1）创建仿真模型
在【仿真导航器】窗口分级树中，单击【Planet Gear_fem1.fem】节点，右键单击 弹出的【新建仿真】命令单击弹出的【新建仿真】及【创建解算方案】进行相关设置 后，即可进入仿真模型环境。
在图形窗口检查各个面接触的符号，发现有一对面接触的箭头方向与其他两个接触面 对方向不同，在菜单中选择该对面，右键单击选择【编辑】，点击【交换区域】的图 标，即可改变接触的方向； 出现方向 不同
修改好的接 触示意图
（3）施加边界条件
单击工具栏中【约束类型】中的【固定约束】命令，弹出【固定约束】对话框；
具体操作请参考本书的第11章内容。
（2）在接触的有限元分析中，读者既可以利用给定的过盈量，根据接触分析得 到的接触压力来判定既有过盈量条件下零件能否承受所施加的外载荷；也可以在 给定外载荷情况下，根据接触分析接触来验证和选取合适的装配过盈量，具体判
定方法可以参见相关的机械设计资料，或者本书后面的参考文献。
（3）在上述分析的基础上还可以进一步对接触长度和接触面积等与几何尺寸有 关的参数进行合理的选取和优化，便于在满足接触功能的前提下使得整体结构的 总体力学及承载性能最佳。
固定约束 对话框
单击确定
添加好固定约 束示意图
（4）求解及其接触参数的设置
1）在【仿真导航器】窗口的分级树中， 单击【Solution 1】节点，右键单击弹 出的【编辑】命令，弹出【编辑解算方 案】对话框；
激活接触结果
单击确定
2）全局接触参数设置
单击【全局接触参数】右侧的【创 建模型对象】图标，弹出如图所示 的【接触参数】对话框。
【Iron_40】；
设置相关参数
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
选择材料
单击【创建】
单击【确定】
4)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】 对话框
单击【确定】
5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框； 设置 相关 参数
行星轮系统实 物模型
行星轮结构模型
工况条件
行星轮及行星架都采用Iron_40材料 行星轮与行星架使用过盈装配工艺，过盈量为0.082mm，作用在三个行星轮外圆面 上的扭矩为1500N·m
6.3 问题分析
（1）本实例的行星轮外圆面与行星架内圆面属于曲面接触，可以处理为【面对面接触】 仿真对象类型。 （2）首先要考虑施加的过盈量产生的过盈接触压力要能抵抗所施加扭矩，防止行星轮 在扭矩的作用下发生滑动。其次，要考虑所施加过盈量与扭矩的共同作用下，其过盈联 结配合面的最大等效应力小于180MPa。 （3）为了简化问题，整个行星轮系统划分网格时采用自动单元大小，同时考虑内套为 研究对象，其单元大小适当细化。 （4）接触应力和接触压力是判断接触性能的主要指标，因此需要在解算方案的【结果 输出请求】选项中激活【接触结果】选项。
第6章 接触应力分析实例精讲——行星轮过盈联接分析
本章内容简介 本实例介绍了UG NX高级仿真中【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块提供的线弹性【面对面接触】功能的基本特点和主要参数，
以行星轮过盈联接中的3个接触面对为研究对象，计算和分析了不同过盈量大小对
设计相 关参数
单击确定
单击确定
（2）过盈接触面对的定义
1）在工具栏中单击【仿真对象类型】图标右侧的黑色倒三角图标，单击弹出的【面对 面接触】图标，弹出如图所示的【面对面接触】对话框；
设置相 关参数
单击确定 单击确定
设置相关 参数
局部接触 参数定义 设置 设置摩擦系数 单击确定
2）交换接触区域设置
2）平滑绘图设置
右键单击【云图绘图】中【Post View1】，选择【设置结果】，弹出如图所示的【平滑 绘图】对话框，在【坐标系】下拉菜单中选择【整体（全局）圆柱坐标系】，默认其他 选项参数，单击【确定】按钮，将后处理中模型的坐标系调整为全局圆柱坐标系
耐久性对 话框
单击确定
2017/8/12
3）查看位移节点的幅值云图
1）创建有限元模型
依次左键单击【开始】和【高级仿
真】，在【仿真导航器】窗口的分级树中 单击【Planet Gear.prt】节点，新建 FEM，并进行其他操作及设置；
设置相关参数
单击确定
2）定义材料属性
单击工具栏中的【材料属性】图标， 弹出【指定材料】对话框，在图形窗 口选中行星轮系统的4个几何模型，选 择【材料列表】框中【库材料】中的
行星轮系 统整体变 形图云图
2）查看应力-单元的【Von Mises】应力云图
展开【应力-单元的】，双击【Von Mises】，进行查看过盈接触与施加扭矩载荷共同 作用下的行星轮系统接触部位的冯氏应力情况，如图所示；
行星轮系 统整体应 力结果
行星轮应 力结果
3）查看接触压力-节点的标量云图
展开【接触压力-节点的】，双击【标量】节点，在图形窗口出现整个行星轮系统的接 触压力云图，如图所示；
（1）【面对面接触】命令定义的参数 （2）接触算法相关的参数定义
6.2 问题描述
设计时需要选取合理的过盈量，既保证有足够的接触压力来传递扭矩，又保证接 触应力和接触压力小于材料的许用应力，满足过盈联接的设计规范。 本实例在给定过盈配合量的基础上，分析在行星轮上施加的扭矩对接触压力、应 力分布状态的影响，从而为行星轮系统实施过盈联接提供理论和数据支撑。
接触压力 标量云图
某一行星轮的接触 压力显示图
7）退出后处理导航器
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口；在资源条上单击 【仿真导航器】命令，返回到仿真模型环境，在行星轮上施加扭矩，计算和评估出在 过盈配合状态下施加扭矩工况下的行星轮系统的变形及应力情况。
6.4.2 过盈状态下扭矩载荷对行星轮系统性能的影响
展开【位移-节点的】，双击【幅值】，进行查看在过盈接触状态下的行星轮系统接触 部位的整体变形情况。
在窗口命令中选择【标识】命令，弹出【标识】对话框，可在列表框中查看【平均 值】。
幅值云图
查看平均值 等参数
在【仿真导航器】窗口分级树中，单击【Solution 1】节点，右键单击弹出的 【克隆】命令，单击出现的【Copy of Solution 1】节点，右键单击弹出的【重命名】 命令，修改为【Solution 2】，注意该节点呈现蓝颜色，说明它处于激活和可操作状 态，同时它的解算设置参数和【Solution 1】相一致的。
6.4 操作步骤
6.4.1 过盈量大小对接触性能的 6.4.2 过盈状态下扭矩载荷对行
影响
创建有限元模型 创建仿真模型
星轮系统性能的影响
克隆解算方案 施加扭矩载荷
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
过盈接触面对的定义
施加边界条件 求解及其接触参数的设置
求解
后处理结果查看
接触结果的查看
6.4.1 过盈量大小对接触性能的影响
行星轮系统整体接 触压力结果
行星轮接触压 力分析结果
4）退出后处理模式
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口，单击工 具栏中的【保存】命令，完成此次计算任务和初步评估的操作。 本实例以锥形涨套联接为对象，其他的显示模式和显示结果请参考随书光盘 Book_CD\Part \Part_CAE_Finish\ Ch06_Planet Gear \文件夹中相关 文件，操作过程的演示请参考影像文件Book_CD\AVI\ Ch06_Planet Gear _AVI。
（2）施加扭矩载荷
1）单击【Solution 2】节点下面的【Subcase-Static Loads 1】子节点，右键单击 弹出的【激活】命令，注意到【Subcase-Static Loads 1】节点显示为蓝颜色，说明 可以对该选项进行操作。 单击【Subcase-Static Loads 1】节点下面的【载荷】子节点，右键单击弹出的【新 建载荷】选项，再单击弹出的【扭矩】命令，如图所示；
全局接触参数 设置对话框
设置相关参数
单击确定
3）求解
在仿真窗口中单击【Solution 1】节点， 右键单击弹出的【求解】命令，弹出 【求解】对话框，单击【确定】按钮， 进行其他操作； 稍等出现【完成分析作业】的提示后， 关闭各个信息窗口，双击出现的【结果】 节点，即可进入后处理分析环境；
接触分析收敛 监视器
新增加的 载荷节点
2）添加扭矩
弹出【扭矩（Torque（1））】对话框，设置相关参数；
设置相关 参数
仿真导航器新 增相关节点
扭矩施加 示意图
单击确定
（3）求解
1）在仿真窗口中单击【Solution 2】节点，右键单击弹出的【求解】命令， 弹出【求解】对话框，单击【确定】按钮，依次出现【模型检查】信息、 【分析作业监视器】和【解算监视器】3个对话框，其中【解算监视器】对话 框包括【解算信息】、【稀疏矩阵求解器】和【接触分析收敛】，等待分析 作业完成。 2）出现【完成分析作业】的提示后，关闭各个信息窗口，双击出现的【结果】 节点，即可进入后处理分析环境，请注意在【后处理导航器】窗口增加的有 关数据节点名称。
单击确定
网格划分 示意图
6）分析单元质量
划好网格单元后，在仿真导航器窗口中出现4个部件网格体节点。在窗口菜单中选择 【单元质量】命令，出现如图所示的【单元质量】检查窗口
新增网 格节点
选择 对象
单击 命令
（1）创建仿真模型
在【仿真导航器】窗口分级树中，单击【Planet Gear_fem1.fem】节点，右键单击 弹出的【新建仿真】命令单击弹出的【新建仿真】及【创建解算方案】进行相关设置 后，即可进入仿真模型环境。
在图形窗口检查各个面接触的符号，发现有一对面接触的箭头方向与其他两个接触面 对方向不同，在菜单中选择该对面，右键单击选择【编辑】，点击【交换区域】的图 标，即可改变接触的方向； 出现方向 不同
修改好的接 触示意图
（3）施加边界条件
单击工具栏中【约束类型】中的【固定约束】命令，弹出【固定约束】对话框；
具体操作请参考本书的第11章内容。
（2）在接触的有限元分析中，读者既可以利用给定的过盈量，根据接触分析得 到的接触压力来判定既有过盈量条件下零件能否承受所施加的外载荷；也可以在 给定外载荷情况下，根据接触分析接触来验证和选取合适的装配过盈量，具体判
定方法可以参见相关的机械设计资料，或者本书后面的参考文献。
（3）在上述分析的基础上还可以进一步对接触长度和接触面积等与几何尺寸有 关的参数进行合理的选取和优化，便于在满足接触功能的前提下使得整体结构的 总体力学及承载性能最佳。
固定约束 对话框
单击确定
添加好固定约 束示意图
（4）求解及其接触参数的设置
1）在【仿真导航器】窗口的分级树中， 单击【Solution 1】节点，右键单击弹 出的【编辑】命令，弹出【编辑解算方 案】对话框；
激活接触结果
单击确定
2）全局接触参数设置
单击【全局接触参数】右侧的【创 建模型对象】图标，弹出如图所示 的【接触参数】对话框。
【Iron_40】；
设置相关参数
单击确定
3)创建物理属性
单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框
选择材料
单击【创建】
单击【确定】
4)网格属性定义
单击工具栏中的【网格收集器（俗称为：网格属性定义）】图标，弹出【网格捕集器】 对话框
单击【确定】
5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标，弹出【3D四面体网格】对话框； 设置 相关 参数
行星轮系统实 物模型
行星轮结构模型
工况条件
行星轮及行星架都采用Iron_40材料 行星轮与行星架使用过盈装配工艺，过盈量为0.082mm，作用在三个行星轮外圆面 上的扭矩为1500N·m
6.3 问题分析
（1）本实例的行星轮外圆面与行星架内圆面属于曲面接触，可以处理为【面对面接触】 仿真对象类型。 （2）首先要考虑施加的过盈量产生的过盈接触压力要能抵抗所施加扭矩，防止行星轮 在扭矩的作用下发生滑动。其次，要考虑所施加过盈量与扭矩的共同作用下，其过盈联 结配合面的最大等效应力小于180MPa。 （3）为了简化问题，整个行星轮系统划分网格时采用自动单元大小，同时考虑内套为 研究对象，其单元大小适当细化。 （4）接触应力和接触压力是判断接触性能的主要指标，因此需要在解算方案的【结果 输出请求】选项中激活【接触结果】选项。
第6章 接触应力分析实例精讲——行星轮过盈联接分析
本章内容简介 本实例介绍了UG NX高级仿真中【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块提供的线弹性【面对面接触】功能的基本特点和主要参数，
以行星轮过盈联接中的3个接触面对为研究对象，计算和分析了不同过盈量大小对
设计相 关参数
单击确定
单击确定
（2）过盈接触面对的定义
1）在工具栏中单击【仿真对象类型】图标右侧的黑色倒三角图标，单击弹出的【面对 面接触】图标，弹出如图所示的【面对面接触】对话框；
设置相 关参数
单击确定 单击确定
设置相关 参数
局部接触 参数定义 设置 设置摩擦系数 单击确定
2）交换接触区域设置
2）平滑绘图设置
右键单击【云图绘图】中【Post View1】，选择【设置结果】，弹出如图所示的【平滑 绘图】对话框，在【坐标系】下拉菜单中选择【整体（全局）圆柱坐标系】，默认其他 选项参数，单击【确定】按钮，将后处理中模型的坐标系调整为全局圆柱坐标系
耐久性对 话框
单击确定
2017/8/12
3）查看位移节点的幅值云图
1）创建有限元模型
依次左键单击【开始】和【高级仿
真】，在【仿真导航器】窗口的分级树中 单击【Planet Gear.prt】节点，新建 FEM，并进行其他操作及设置；
设置相关参数
单击确定
2）定义材料属性
单击工具栏中的【材料属性】图标， 弹出【指定材料】对话框，在图形窗 口选中行星轮系统的4个几何模型，选 择【材料列表】框中【库材料】中的
行星轮系 统整体变 形图云图
2）查看应力-单元的【Von Mises】应力云图
展开【应力-单元的】，双击【Von Mises】，进行查看过盈接触与施加扭矩载荷共同 作用下的行星轮系统接触部位的冯氏应力情况，如图所示；
行星轮系 统整体应 力结果
行星轮应 力结果
3）查看接触压力-节点的标量云图
展开【接触压力-节点的】，双击【标量】节点，在图形窗口出现整个行星轮系统的接 触压力云图，如图所示；
（1）【面对面接触】命令定义的参数 （2）接触算法相关的参数定义
6.2 问题描述
设计时需要选取合理的过盈量，既保证有足够的接触压力来传递扭矩，又保证接 触应力和接触压力小于材料的许用应力，满足过盈联接的设计规范。 本实例在给定过盈配合量的基础上，分析在行星轮上施加的扭矩对接触压力、应 力分布状态的影响，从而为行星轮系统实施过盈联接提供理论和数据支撑。
接触压力 标量云图
某一行星轮的接触 压力显示图
7）退出后处理导航器
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理导航器】窗口；在资源条上单击 【仿真导航器】命令，返回到仿真模型环境，在行星轮上施加扭矩，计算和评估出在 过盈配合状态下施加扭矩工况下的行星轮系统的变形及应力情况。
6.4.2 过盈状态下扭矩载荷对行星轮系统性能的影响
展开【位移-节点的】，双击【幅值】，进行查看在过盈接触状态下的行星轮系统接触 部位的整体变形情况。
在窗口命令中选择【标识】命令，弹出【标识】对话框，可在列表框中查看【平均 值】。
幅值云图
查看平均值 等参数