UG有限元分析第4章PPT课件
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【最新】有限元分析基础ppt课件
a. 杆件的转折点、汇交点、自由端、集中载荷作用 点、支承点以及沿杆长截面突变处等均可设置成结点。 这些结点都是根据结构本身特点来确定的。
b. 结构中两个结点间的每一个等截面直杆可以设置 为一个单元。 变换为作用在结点上的等效结点载荷。
2021/2/2
27
第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
c. 变截面杆件可分段处理成多个单元，取各段中点 处的截面近似作为该单元的截面，各单元仍按等截面杆 进行计算。
(a) 变形状态分析
(b) 对称性利用
图2-24对称性利用示意图
2021/2/2
21
第二章 结构几何构造分析
② 反对称载荷作用
(a) 变形状态分析
(b) 反对称性状态分析
(c) 反对称性受力分析
(d) 反对称性利用
图2-25对称性利用示意图
2021/2/2
22
第二章 结构几何构造分析
2.3 结构几何构造分析的自由度与约束
(a) 刚架结构示意图
(b) 结点位移和结点力分向量
(b)
图3-4 平面刚架分析示意图
2021/2/2
30
第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
结点位移列向量为
iu i vi
T
i
j u j vj
T j
单元e结点位移列向量为
e ij u i
i i
uj
j
T j
结点力向量为
F ieU i V i M ie T F jeU j V j M je T
2021/2/2
18
第二章 结构几何构造分析
2.2.3 结构对称性的利用
对称结构在正对称载荷下，对称轴截面上只能产生 正对称的位移，反对称的位移为零；对称结构在反对称 载荷下，对称轴截面上只有反对称的位移，正对称的位 移为零。 (1) 具有奇数跨的刚架
b. 结构中两个结点间的每一个等截面直杆可以设置 为一个单元。 变换为作用在结点上的等效结点载荷。
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
c. 变截面杆件可分段处理成多个单元，取各段中点 处的截面近似作为该单元的截面，各单元仍按等截面杆 进行计算。
(a) 变形状态分析
(b) 对称性利用
图2-24对称性利用示意图
2021/2/2
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第二章 结构几何构造分析
② 反对称载荷作用
(a) 变形状态分析
(b) 反对称性状态分析
(c) 反对称性受力分析
(d) 反对称性利用
图2-25对称性利用示意图
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第二章 结构几何构造分析
2.3 结构几何构造分析的自由度与约束
(a) 刚架结构示意图
(b) 结点位移和结点力分向量
(b)
图3-4 平面刚架分析示意图
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
结点位移列向量为
iu i vi
T
i
j u j vj
T j
单元e结点位移列向量为
e ij u i
i i
uj
j
T j
结点力向量为
F ieU i V i M ie T F jeU j V j M je T
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第二章 结构几何构造分析
2.2.3 结构对称性的利用
对称结构在正对称载荷下，对称轴截面上只能产生 正对称的位移，反对称的位移为零；对称结构在反对称 载荷下，对称轴截面上只有反对称的位移，正对称的位 移为零。 (1) 具有奇数跨的刚架
有限元分析 ppt课件
有限元分析 Finite Element Analysis
课程目标
1) 了解什么是有限单元法、有限单元法的基本 思想。
2) 学习有限单元法的原理，主要结合弹性力学 问题来介绍有限单元法的基本方法，包括单 元分析、整体分析、载荷与约束处理、等参 单元等概念。
3) 初步学会使用商用有限元软件分析简单工程 问题。
4. O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor. The finite element method( 5th ed). Oxford ; Boston : Butterworth-Heinemann, 2000
5. 郭和德编. 有限单元法概论，清华大学， 1998
1 有限单元法简介
自重作用下等截面直杆的材料力学解答
N(x)q(Lx)
d(L x)N(x)d xq(Lx)dx EA EA
u(x)xN(x)d xq(L xx2)
0 EA EA 2
x
du q (Lx) dx EA
x
Ex
q(Lx) A
自重作用下等截面直杆的有限单元法 解答
1）离散化 如图所示，将直杆划分 成n个有限段，有限段之 间通过一个铰接点连接。 称两段之间的连接点为 结点，称每个有限段为 单元。 第 i 个 单 元 的 长 度 为 Li ， 包含第i，i+1个结点。
1.3.1网格划分
对弹性体进行必要的简化，再将弹性体 划分为有限个单元组成的离散体。 单元之间通过单元节点相连接。 由单元、结点、结点连线构成的集合称 为网格。
1.3.1网格划分
通常把三维实体划分成四面体（Tetrahedron） 或六面体（Hexahedron）单元的网格
四面体4结点单元
六面体8结点单元
课程目标
1) 了解什么是有限单元法、有限单元法的基本 思想。
2) 学习有限单元法的原理，主要结合弹性力学 问题来介绍有限单元法的基本方法，包括单 元分析、整体分析、载荷与约束处理、等参 单元等概念。
3) 初步学会使用商用有限元软件分析简单工程 问题。
4. O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor. The finite element method( 5th ed). Oxford ; Boston : Butterworth-Heinemann, 2000
5. 郭和德编. 有限单元法概论，清华大学， 1998
1 有限单元法简介
自重作用下等截面直杆的材料力学解答
N(x)q(Lx)
d(L x)N(x)d xq(Lx)dx EA EA
u(x)xN(x)d xq(L xx2)
0 EA EA 2
x
du q (Lx) dx EA
x
Ex
q(Lx) A
自重作用下等截面直杆的有限单元法 解答
1）离散化 如图所示，将直杆划分 成n个有限段，有限段之 间通过一个铰接点连接。 称两段之间的连接点为 结点，称每个有限段为 单元。 第 i 个 单 元 的 长 度 为 Li ， 包含第i，i+1个结点。
1.3.1网格划分
对弹性体进行必要的简化，再将弹性体 划分为有限个单元组成的离散体。 单元之间通过单元节点相连接。 由单元、结点、结点连线构成的集合称 为网格。
1.3.1网格划分
通常把三维实体划分成四面体（Tetrahedron） 或六面体（Hexahedron）单元的网格
四面体4结点单元
六面体8结点单元
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。
NX8.5有限元分析解读ppt课件
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1.7 有限元法概念－单元类型
前处理
分析计算
后处理
前处理：建模，模型简化，材料定义，单元属性，网格划分和网格检查等，添加边界条件、施加载荷等；
选择计算类型：静力分析，接触分析，瞬态分析，模态分析，谐波分析，谱分析，声学分析，热分析，电磁场分析等；
后处理：提取数据，云图，绘制曲线、计算结果评价，导出数据等；
单元组集
求解未知节点位移
由分到合
利用平衡边界条件把各单元重新 连接起来，形成整体有限元方程
1.4 有限元法概念－计算基本流程
1.5 有限元法概念－有限元模型的构建 （理想化的数学抽象）
真实系统
FEM模型
载荷
节点
单元
约束
节点：空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用； 单元：一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)，单元 有线、 面或实体以及二维或三维的单元等种类； 有限元模型：由一些单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷和约束。
仿真导航器窗口分级树及其主要节点
4 有限元分析结果评价的常见方法
以线性静力学分析为例，其解算后的结果包括变形位移、应力、应变和反作用力等项目及其相应的数值，而最为常用需要评价的是位移和应力两个指标。 1）变形位移 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后引起的最大变形位移，不能超过设计要求的允许值，判断式简化为： δmax ＜ δ0 -------- （1-1） 2）应力 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后的最大应力响应值，不能超过材料自身的许用应力值，判断式简化为： σmax ＜σ0 ------- （1-2）
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1.7 有限元法概念－单元类型
前处理
分析计算
后处理
前处理：建模，模型简化，材料定义，单元属性，网格划分和网格检查等，添加边界条件、施加载荷等；
选择计算类型：静力分析，接触分析，瞬态分析，模态分析，谐波分析，谱分析，声学分析，热分析，电磁场分析等；
后处理：提取数据，云图，绘制曲线、计算结果评价，导出数据等；
单元组集
求解未知节点位移
由分到合
利用平衡边界条件把各单元重新 连接起来，形成整体有限元方程
1.4 有限元法概念－计算基本流程
1.5 有限元法概念－有限元模型的构建 （理想化的数学抽象）
真实系统
FEM模型
载荷
节点
单元
约束
节点：空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用； 单元：一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)，单元 有线、 面或实体以及二维或三维的单元等种类； 有限元模型：由一些单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷和约束。
仿真导航器窗口分级树及其主要节点
4 有限元分析结果评价的常见方法
以线性静力学分析为例，其解算后的结果包括变形位移、应力、应变和反作用力等项目及其相应的数值，而最为常用需要评价的是位移和应力两个指标。 1）变形位移 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后引起的最大变形位移，不能超过设计要求的允许值，判断式简化为： δmax ＜ δ0 -------- （1-1） 2）应力 分析模型在工况条件下，其受到边界约束和施加载荷后的最大应力响应值，不能超过材料自身的许用应力值，判断式简化为： σmax ＜σ0 ------- （1-2）
UG有限元分析第4章
本章节主要内容:
基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
4.1基础知识
主要内容大致分为四个部分：
优化设计概述； 结构优化设计的作用； 结构优化设计的内容； 结构优化设计的一般流程；
4.2 问题描述
三角托架结构在汽车起重机构中的三维实体模型，要求在保证刚度性能 的前提下进行轻量化设计 ；
优化后的 模型
仿真导航器新 增节点
2）云图查看
依次展开【设计循环 1】、【位移-节点的】和【Y】节点，双击【Y】节点即可在图形 窗口出现第一次迭代后模型在Y轴方向上的位移云图；按照同样的方法可以依次查看各 个迭代过程中的位移云图和应力云图。
设计循环 1下的Y向 位移分析 结果
设计循环 7下的Y向 位移分析 结果
第4章 结构静力学和优化分析实例精讲— 三角托架分析
本章内容简介 本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics -
Global Constraints】解算模块，依次创建有限元模型和仿真模型，计算出模型 受载的位移和应力响应值，以此来确定模型优化约束条件的基准值和约束要求， 利用系统提供的优化解算方案，依次定义优化目标、约束条件和设计变量，最终 求解出模型在此约束要求下的优化结果，模型也得到自动更新，达到了优化的目 的
逐个定义
设置相 关参数
2020/5/11
单击下一步
3）【几何优化】对话框【定义目标】设置
在对话框中单击【定义目标】按钮，如图所示【几何优化】对话框右侧切换为【定义 目标】窗口。
定义目标 设 置 相 关 参 数
2020/5/11
单下一步
4）【几何优化】对话框【定义约束】设置
如图所示的【定义约束】窗口，单击右上侧的【创建约束】图标，弹出 【定义约束】对话框。
4-有限元分析PPT模板
先进制造技术
有限元分析
1.1 有限元法的基本概念和特点
1．有限元法基本概念
有限元法（Finite Element Method，FEM） 也称为有限单元法或有限元素法，其基本思想是 将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定 方式相互连接在一起的单元组合，来模拟或逼近 原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题 简化为离散的有限自由度问题进行求解。物体被 离散以后，通过对其中的各个单元进行单元分析， 最终得到对整个物体的分析。网络划分中每个小 的块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互 连接的点称为节点。单元上节点处的结构内力为 节点力，外力为节点载荷。
提高自动化的
展到求解非线性问题
网格处理能力
现代设计技术
— 7—
先进制造技术
选择位移模式
分析单元的力学性质
计算等效节点力
根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，
找出单元节点力和节点位移的关系式，根据弹性力学的几何方程和物理
方程确定单元的刚度矩阵，形成如下所示的线性方程：
F=Kδ
①
式中：F——节点力向量；
K——单元刚度矩阵；
δ ——节点位移向量。
现代设计技术
04
这是有限元分析的后处理部分，在该步骤中，对
05
计算出来的结果进行加工处理，并以各种形式将计算结 果显示出来。
现代设计技术
— 6—
有限元分析
1.3 有限元分析的发展趋势
由单一场计算向多 物理耦合场问题的求解 方向发展
与CAD/CAM 等软件的集成
软件面向专业 用户的开放性
1
2
3
4
5
由求解线性问题发
现代设计技术
有限元分析
1.1 有限元法的基本概念和特点
1．有限元法基本概念
有限元法（Finite Element Method，FEM） 也称为有限单元法或有限元素法，其基本思想是 将物体（即连续求解域）离散成有限个且按一定 方式相互连接在一起的单元组合，来模拟或逼近 原来的物体，从而将一个连续的无限自由度问题 简化为离散的有限自由度问题进行求解。物体被 离散以后，通过对其中的各个单元进行单元分析， 最终得到对整个物体的分析。网络划分中每个小 的块体称为单元。确定单元形状、单元之间相互 连接的点称为节点。单元上节点处的结构内力为 节点力，外力为节点载荷。
提高自动化的
展到求解非线性问题
网格处理能力
现代设计技术
— 7—
先进制造技术
选择位移模式
分析单元的力学性质
计算等效节点力
根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，
找出单元节点力和节点位移的关系式，根据弹性力学的几何方程和物理
方程确定单元的刚度矩阵，形成如下所示的线性方程：
F=Kδ
①
式中：F——节点力向量；
K——单元刚度矩阵；
δ ——节点位移向量。
现代设计技术
04
这是有限元分析的后处理部分，在该步骤中，对
05
计算出来的结果进行加工处理，并以各种形式将计算结 果显示出来。
现代设计技术
— 6—
有限元分析
1.3 有限元分析的发展趋势
由单一场计算向多 物理耦合场问题的求解 方向发展
与CAD/CAM 等软件的集成
软件面向专业 用户的开放性
1
2
3
4
5
由求解线性问题发
现代设计技术
UG NX 8.5 有限元分析入门与实例精讲 第4章
双击
Y向位移云图及 最大最小值
2）查看Von-Mises应力云图
依次展开【Solution 1】、【应力-单元节点】和【Von-Mises】节点，双击 【Von-Mises】节点并在工具栏中打开【标记开/关】命令，得到该模型的 Von-Mises应力分布情况；
Von-Mises应 力云图及最大 最小值
3）退出【后处理】显示模式
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理】显示模式，单击工具 栏中的【保存】图标，将上述成功的操作结果保存下来；切换到【仿真导航 器】窗口界面，完成计算结果的分析，也为后续优化设计操作提供了约束条 件合理的基准值。
2019/12/25
4.4.2 结构优化分析操作步骤 （1）建立优化解算方案
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，稍等后完成分析作业，，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。
待显示完成， 关闭各窗口
1）查看Y向位移云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】、【位移-节点的】和【Y】 节点，双击【Y】节点，结合优化设计的要求以及该值大小，初步确定模型变 形位移的约束条件。
逐个定义
设置相 关参数
4.4.2 结构优化分析操作步骤
建立优化解算方案 优化求解及其结果查看
4.4.1 结构静力学分析操作步骤
打开随书光盘part源文件所在的文件夹路径： Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch04_Bracket_support，选中 文件Bracket_support.prt，调出主模型。在三维建模环境中，预先查看 一下和本次优化过程设计变量有关的特征内容和相应尺寸。
Y向位移云图及 最大最小值
2）查看Von-Mises应力云图
依次展开【Solution 1】、【应力-单元节点】和【Von-Mises】节点，双击 【Von-Mises】节点并在工具栏中打开【标记开/关】命令，得到该模型的 Von-Mises应力分布情况；
Von-Mises应 力云图及最大 最小值
3）退出【后处理】显示模式
单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理】显示模式，单击工具 栏中的【保存】图标，将上述成功的操作结果保存下来；切换到【仿真导航 器】窗口界面，完成计算结果的分析，也为后续优化设计操作提供了约束条 件合理的基准值。
2019/12/25
4.4.2 结构优化分析操作步骤 （1）建立优化解算方案
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，稍等后完成分析作业，，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。
待显示完成， 关闭各窗口
1）查看Y向位移云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】、【位移-节点的】和【Y】 节点，双击【Y】节点，结合优化设计的要求以及该值大小，初步确定模型变 形位移的约束条件。
逐个定义
设置相 关参数
4.4.2 结构优化分析操作步骤
建立优化解算方案 优化求解及其结果查看
4.4.1 结构静力学分析操作步骤
打开随书光盘part源文件所在的文件夹路径： Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch04_Bracket_support，选中 文件Bracket_support.prt，调出主模型。在三维建模环境中，预先查看 一下和本次优化过程设计变量有关的特征内容和相应尺寸。
UG 有限元分析 演示文稿
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直接复特征值分析 通过复特征值抽取可求得含有粘性阻尼和结构阻尼的结构自然频率和模态，给出正则化的复特征矢 量和节点的约束力，及复单元内力和单元应力。主要算法包括：Delerminated法、Hossen-bery法、 新Hossenbery、逆迭代法、复Lanczos法，适用于集中质量和分布质量、对称与反对称结构，并可 利用DMAP工具检查与测试分析的相关性。 模态复特征值分析 此分析与直接复特征值分析有相同的功能。本分析先忽略阻尼进行实特征值分析，得到模态向量。 然后采用广义模态坐标，求出广义质量矩阵和广义刚度矩阵，再计算出广义阻尼矩阵，形成模态坐 标下的结构控制方程，求出复特征值。模态复特征值分析得到输出类型与用直接复特征值分析得到 输出类型相同。 瞬态响应分析（时间-历程分析） 瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和 模态瞬态响应分析。两种方法均可考虑刚体位移作用。 直接瞬态响应分析 该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。该分析在 节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间 变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。 模态瞬态响应分析 在此分析中，直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换，对问题的规模进行压缩， 再对压缩了的方程进行数值积分，从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。 随机振动分析 该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。例如地震波，海洋波，飞机超过建 筑物的气压波动，以及火箭和喷气发动机的噪音激励，通常人们只能得到按概率分布的函数，如功 率谱密度（PSD）函数，激励的大小在任何时刻都不能明确给出，在这种载荷作用下结构的响应就 需要用随机振动分析来计算结构的响应。NX Nastran中的PSD可输入自身或交叉谱密度，分别表示 单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关函数及响应的RMS值 等。计算过程中，NX Nastran不仅可以像其他有限元分析那样利用已知谱，而且还可自行生成用户 所需的谱。 响应谱分析 响应谱分析（有时称为冲击谱分析）提供了一个有别于瞬态响应的分析功能，在分析中结构的激励 用各个小的分量来表示，结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。 频率响应分析
UG设计软件培训4ppt课件
拉伸体（续4）
修剪到体
18
旋转体
通过绕一给定轴以非零角度旋转截 面曲线建立一旋转体特征。生成全 圆形或部分圆形体。
轴和角度
19
轴和角度例：
20
旋转体（续1）
修剪到面
21
旋转体（续2）
在两个面间修剪
22
沿引导线扫描
通过沿一引导线 (路径) 拉伸一开 口或封闭边界草 图, 曲线, 边缘或 表面去建立一单 个实体
凸垫顶部可以用一顶表面来定 义, 如果需要, 也可以是一自由 形状表面。
通过曲线链定义在顶部和/或底 部定义凸垫形状, 曲线不必须 位于选择的表面上，如果不在 表面上, 通过控制的方法,投射 曲线到表面上。
可以指定在安放表面或顶表面
与凸垫侧面的半径。
34
腔（Pocket）
在已存实体中建立一个型腔
参考特征
1
参考特征
参考特征(Reference Features) 是 构造工具, 辅助你在要求的位置与 方位建立特征和草图。
有叁种类型的参考特征∶ 基准 面、基准轴和基准坐标系。
2
基准面
建立参考平面作为建模中的辅助工具。
固定基准面仅仅 是相对于绝对的 WCS建立， 它不
注：在一个部件文 件中,可以建立多个 基准面, 但建议最多
方向和距离
13
选择方向距离。显示 一缺省拉伸方向(实 线箭头)：截面线串 所在平面的法向, 接 受拉伸方向后。出现 一虚线箭头, 它代表 偏置方向。
14
拉伸体（续1）
修剪到表面/基准面
15
拉伸体（续2）
在两面间修剪
注意：修剪一次只 能对一个实体进行。
16
拉伸体（续3）
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第4章 结构静力学和优化分析实例精讲— 三角托架分析
本章内容简介 本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics -
Global Constraints】解算模块，依次创建有限元模型和仿真模型，计算出模型 受载的位移和应力响应值，以此来确定模型优化约束条件的基准值和约束要求， 利用系统提供的优化解算方案，依次定义优化目标、约束条件和设计变量，最终 求解出模型在此约束要求下的优化结果，模型也得到自动更新，达到了优化的目 的
设置相关参数
2020年9月28日
单击确定
10
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】
2020年9月28日
单击【确定】
11
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】
2020年9月28日
2020年9月28日
8
（1）创建有限元模型
1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口分级树中， 单击【Bracket_support.prt】节点，弹出【新建FEM和仿真】对话框；
新建FEM 及仿真
结算方案 对话框
2020年9月28日
单击确定
9
2) 自定义材料
单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指派材料（指定材料）】对话框；
2020年9月28日
三角托架三维 实体模型
托架草绘图尺 寸
4
工况条件
o 三角托架一侧的直角棱边设置固定约束，在另外一侧的直角上承受10Mpa的压力， 使用的材料为Steel（UG NX材料库自带的材料）。
边界条件
2020年9月28日
5
4.3 问题分析
本实例优化时采用1个约束条件、2个设计变量，首先需要采用【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块，计算出模型在边界约束条件和载荷条件下 的位移和应力响应值，以此来确定优化约束条件的基准值；优化时设计变量可以采用经 验来预判，也可以借助软件提供的【全局灵敏度】功能更加精确地判断各个设计变量对 设计目标的敏感程度。
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本章节主要内容:
基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
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4.1基础知识
主要内容大致分为四个部分：
优化设计概述； 结构优化设计的作用； 结构优化设计的内容； 结构优化设计的一般流程；
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4.2 问题描述
三角托架结构在汽车起重机构中的三维实体模型，要求在保证刚度性能 的前提下进行轻量化设计 ；
4.4.2 结构优化分析操作步骤
建立优化解算方案 优化求解及其结果查看
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4.4.1 结构静力学分析操作步骤
o 打开随书光盘part源文件所在的文件夹路径： Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch04_Bracket_support，选中 文件Bracket_support.prt，调出主模型。在三维建模环境中，预先查看 一下和本次优化过程设计变量有关的特征内容和相应尺寸。
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2020/10/16
4.4.2 结构优化分析操作步骤 （1）建立优化解算方案
o 1) 在【仿真导航器】窗口分级树中单击【Bracket_support_sim1.sim】 节点，右键依次单击弹出的【新建求解过程】命令和【几何优化】命令，弹 出【创建几何优化解算方案】对话框。
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5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标右侧的小三角符号，选择【3D扫掠网格】图标， 弹出【3D扫掠网格】对话框；
设置 相关 参数
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单击确定
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6）分析单元质量
o 单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】对话框：
选择 对象
单击 命令
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单击确定
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约束添加
示意图
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2）施加载荷
o 单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形，单击其中的【压力】图标，弹出 【压力】对话框
设置相 关参数
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单击确定
压力添加
示意图
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（3）求解并确定变形约束的基准
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，稍等后完成分析作业，，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。
o 依次展开【Solution 1】、【应力-单元节点】和【Von-Mises】节点，双击 【Von-Mises】节点并在工具栏中打开【标记开/关】命令，得到该模型的 Von-Mises应力分布情况；
Von-Mises应 力云图及最大 最小值
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3）退出【后处理】显示模式
o 单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理】显示模式，单击工具 栏中的【保存】图标，将上述成功的操作结果保存下来；切换到【仿真导航 器】窗口界面，完成计算结果的分析，也为后续优化设计操作提供了约束条 件合理的基准值。
待显示完成， 关闭各窗口
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1）查看Y向位移云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】、【位移-节点的】和【Y】 节点，双击【Y】节点，结合优化设计的要求以及该值大小，初步确定模型变 形位移的约束条件。
双击
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Y向位移云图及
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最大最小值
2）查看Von-Mises应力云图
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（2）定义仿真模型中的边界约束和载荷条件
o 单击【Bracket_support_fem1.fem】节点右键选择【显示仿真】图标， 并选择【Bracket_support_sim1.sim】作为显示对象，进入仿真模型窗口。
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1）添加固定约束
o 单击工具栏中【约束类型】中的【固定移动约束】命令，弹出【固定移动约束】对话 框；
优化设计过程也是一个迭代计算过程，最终是收敛于某个确定解，每迭代一次模型会自 动更新，其中，迭代次数根据需要可以修改，在保证迭代精度和可靠收敛的前提下，本 实例默认设置迭代次数为20。
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4.4 操作步骤
4.4.1 结构静力学分析操作步骤
创建有限元模型 定义仿真模型中的边界约束和载荷条件 求解并确定变形约束的基准
本章内容简介 本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics -
Global Constraints】解算模块，依次创建有限元模型和仿真模型，计算出模型 受载的位移和应力响应值，以此来确定模型优化约束条件的基准值和约束要求， 利用系统提供的优化解算方案，依次定义优化目标、约束条件和设计变量，最终 求解出模型在此约束要求下的优化结果，模型也得到自动更新，达到了优化的目 的
设置相关参数
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单击确定
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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】
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单击【确定】
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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】
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（1）创建有限元模型
1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口分级树中， 单击【Bracket_support.prt】节点，弹出【新建FEM和仿真】对话框；
新建FEM 及仿真
结算方案 对话框
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单击确定
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2) 自定义材料
单击工具栏中的【材料属性】图标，弹出【指派材料（指定材料）】对话框；
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三角托架三维 实体模型
托架草绘图尺 寸
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工况条件
o 三角托架一侧的直角棱边设置固定约束，在另外一侧的直角上承受10Mpa的压力， 使用的材料为Steel（UG NX材料库自带的材料）。
边界条件
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4.3 问题分析
本实例优化时采用1个约束条件、2个设计变量，首先需要采用【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块，计算出模型在边界约束条件和载荷条件下 的位移和应力响应值，以此来确定优化约束条件的基准值；优化时设计变量可以采用经 验来预判，也可以借助软件提供的【全局灵敏度】功能更加精确地判断各个设计变量对 设计目标的敏感程度。
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本章节主要内容:
基础知识 问题描述 问题分析 操作步骤 本节小结
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4.1基础知识
主要内容大致分为四个部分：
优化设计概述； 结构优化设计的作用； 结构优化设计的内容； 结构优化设计的一般流程；
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4.2 问题描述
三角托架结构在汽车起重机构中的三维实体模型，要求在保证刚度性能 的前提下进行轻量化设计 ；
4.4.2 结构优化分析操作步骤
建立优化解算方案 优化求解及其结果查看
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4.4.1 结构静力学分析操作步骤
o 打开随书光盘part源文件所在的文件夹路径： Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch04_Bracket_support，选中 文件Bracket_support.prt，调出主模型。在三维建模环境中，预先查看 一下和本次优化过程设计变量有关的特征内容和相应尺寸。
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4.4.2 结构优化分析操作步骤 （1）建立优化解算方案
o 1) 在【仿真导航器】窗口分级树中单击【Bracket_support_sim1.sim】 节点，右键依次单击弹出的【新建求解过程】命令和【几何优化】命令，弹 出【创建几何优化解算方案】对话框。
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5)划分有限元模型网格
单击工具栏中的【3D四面体网格】图标右侧的小三角符号，选择【3D扫掠网格】图标， 弹出【3D扫掠网格】对话框；
设置 相关 参数
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单击确定
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6）分析单元质量
o 单击工具栏中的【单元质量】图标，弹出【单元质量】对话框：
选择 对象
单击 命令
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单击确定
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约束添加
示意图
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2）施加载荷
o 单击工具栏中的【载荷类型】图标右侧的小三角形，单击其中的【压力】图标，弹出 【压力】对话框
设置相 关参数
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单击确定
压力添加
示意图
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（3）求解并确定变形约束的基准
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，稍等后完成分析作业，，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。
o 依次展开【Solution 1】、【应力-单元节点】和【Von-Mises】节点，双击 【Von-Mises】节点并在工具栏中打开【标记开/关】命令，得到该模型的 Von-Mises应力分布情况；
Von-Mises应 力云图及最大 最小值
2020年9月28日
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3）退出【后处理】显示模式
o 单击工具栏中的【返回到模型】命令，退出【后处理】显示模式，单击工具 栏中的【保存】图标，将上述成功的操作结果保存下来；切换到【仿真导航 器】窗口界面，完成计算结果的分析，也为后续优化设计操作提供了约束条 件合理的基准值。
待显示完成， 关闭各窗口
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18
1）查看Y向位移云图
在【后处理导航器】窗口依次展开【Solution 1】、【位移-节点的】和【Y】 节点，双击【Y】节点，结合优化设计的要求以及该值大小，初步确定模型变 形位移的约束条件。
双击
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Y向位移云图及
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最大最小值
2）查看Von-Mises应力云图
14
（2）定义仿真模型中的边界约束和载荷条件
o 单击【Bracket_support_fem1.fem】节点右键选择【显示仿真】图标， 并选择【Bracket_support_sim1.sim】作为显示对象，进入仿真模型窗口。
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1）添加固定约束
o 单击工具栏中【约束类型】中的【固定移动约束】命令，弹出【固定移动约束】对话 框；
优化设计过程也是一个迭代计算过程，最终是收敛于某个确定解，每迭代一次模型会自 动更新，其中，迭代次数根据需要可以修改，在保证迭代精度和可靠收敛的前提下，本 实例默认设置迭代次数为20。
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4.4 操作步骤
4.4.1 结构静力学分析操作步骤
创建有限元模型 定义仿真模型中的边界约束和载荷条件 求解并确定变形约束的基准