NX Advanced Simulation. Инженерный анализ
Покупка
Тематика:
Системы автоматического моделирования
Издательство:
ДМК Пресс
Авторы:
Гончаров Павел Сергеевич, Артамонов Игорь Анатольевич, Халитов Т. Ф., Денисихин Сергей Владимирович, Сотник Д. Е.
Год издания: 2023
Кол-во страниц: 505
Дополнительно
Вид издания:
Практическое пособие
Уровень образования:
Дополнительное образование
ISBN: 978-5-89818-508-4
Артикул: 816885.01.99
Книга будет интересна инженерам-конструкторам, которые работают с NX и хотят воспользоваться приложениями для инженерного анализа, и профессиональным инженерам-расчетчикам, использующим другие решения и желающим познакомиться с системой NX Advanced Simulation, а также сегодняшним пользователям системы, заинтересованным в повышении своей квалификации.
Книга сопровождается большим количеством примеров. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по следующей ссылке: www.siemens.com/plm/ru/cae.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 09.03.01: Информатика и вычислительная техника
- 09.03.02: Информационные системы и технологии
- 09.03.04: Программная инженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
NX Advanced Simulation. Инженерный анализ Москва, 2023 Гончаров П. С., Артамонов И. А., Халитов Т. Ф., Денисихин С. В., Сотник Д. Е. 2-е издание, электронное
УДК [62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation ББК 30.4с515 Г65 Г65 Гончаров, П. С. NX Advanced Simulation. Инженерный анализ / П. С. Гончаров, И. А. Артамонов, Т. Ф. Халитов, С. В. Денисихин и др. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 505 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный. ISBN 978-5-89818-508-4 Книга будет интересна инженерам-конструкторам, которые работают с NX и хотят воспользоваться приложениями для инженерного анализа, и профессиональным инженерам-расчетчикам, использующим другие решения и желающим познакомиться с системой NX Advanced Simulation, а также сегодняшним пользователям системы, заинтересованным в повышении своей квалификации. Книга сопровождается большим количеством примеров. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по следующей ссылке: www.siemens.com/plm/ru/cae. УДК [62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation ББК 30.4с515 Электронное издание на основе печатного издания: NX Advanced Simulation. Инженерный анализ / П. С. Гончаров, И. А. Артамонов, Т. Ф. Халитов, С. В. Денисихин и др. — Москва : ДМК Пресс, 2012. — 504 с. — ISBN 978-594074-841-0. — Текст : непосредственный. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации. ISBN 978-5-89818-508-4 © © Общество с ограниченной ответственностью «Сименс Индастри Софтвер», 2012 © Оформление, Общество с ограниченной ответственностью «Сименс Индастри Софтвер», 2012 © Издание, ДМК Пресс, 2012
Посвящается Штеффену Бухвальду – учителю, партнеру и близкому человеку
Каждая книга, посвященная программе инженерного анализа (CAE), – это событие. Каждая книга, посвященная CAЕ, – это всегда титанический труд авторов: необходимо описывать тысячи функций сотен инструментов и десятки задач, где эти инструменты можно применять. Известно, что какой бы хороший и универсальный инструмент не попал к вам в руки, если к этому инструменту не прилагается понятная пошаговая инструкция, то инструмент становится практически бесполезным. Мы уверены, что эта книга сможет вдохновить множество профессионалов – инженеров-исследователей, прочнистов, аэродинамиков и многих-многих других – к освоению того богатейшего инструментария, который предоставляет нам пре/постпроцессор NX Advanced Simulation. ОАО «Корпорация «ИРКУТ» Хазин Л. М., Яшутин А. Г., отделение прочности КБ ИЦ Книга посвящена обзору возможностей системы NX в области автоматизации процессов инженерного анализа. Основное достоинство материала заключается в том, что в рамках одной книги авторам удалось подробно и последовательно описать процесс исследования сложных физических процессов: от выбора математического описания явления и подготовки вычислительной модели для расчета до анализа результатов. Краткое описание математических моделей физических явлений, а также используемых численных методов решения задач позволит читателям грамотно использовать инструменты системы NX в своей деятельности. Приведенные примеры решения задач из различных областей знаний удачно дополняют материал. Книга будет интересна студентам, аспирантам и специалистам по инженерному анализу. ОАО «Новосибирское авиационное производственное объединение им. В. П. Чкалова» Слюняев А. Ю., кандидат физико-математических наук, начальник отдела внедрения САПР NX Advanced Simulation является мощным инструментом, позволяющим решать широкий класс САЕ-задач. До издания этой книги процесс освоения NX Advanced Simulation осложнялся отсутствием специализированной литературы, которая могла бы облегчить первые шаги знакомства с САЕ-системой. Представленные в книге материалы позволяют специалистам самостоятельно изучать технические возможности модуля NX Advanced Simulation и начать применять его на практике, принося коммерческую пользу предприятиям, его использующим. Отдельно следует отметить, что в книге, в отличие от других подобных изданий, помимо технических возможностей описываются также методические подходы, применяемые в процессе моделирования, что является очень важной составляющей образования хорошего специалиста. ООО «Сименс», Корпоративные Технологии Шевченко Д. В., эксперт-исследователь
В книге достаточно подробно рассмотрены вопросы проведения инженерного анализа в приложении NX Advanced Simulation. Книга состоит из двух частей. В первой части рассмотрены общие вопросы, инструментарий, краткие теоретические сведения по проведению инженерного анализа в модуле NX Nastran. Приведены наглядные примеры применения команд и методика построения сеток, наложения ограничений, задания нагрузок, анализа результатов расчетов. Во второй части книги рассмотрены примеры различных видов анализа: модальный, тепловой, устойчивость и т. д. Хочется отметить доступность изложения материала, многочисленные практические примеры использования приложения NX Advanced Simulation. Это первая в России подобная работа, посвященная современным численным методам инженерного анализа. Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова Ельцов М. Ю., профессор кафедры механического оборудования Книга содержит рекомендации и детальное описание подхода к созданию математических моделей на базе CAD данных (геометрии, полученной от конструктора) как для твердотельных деталей, так и деталей из листового металла. Несомненно, книга будет интересна как начинающему инженеру, так и опытному специалисту. Представлены все аспекты разработки и моделирования конструкций от самых простых деталей, подверженных действию типовых нагрузок, до сложнейших сборок с мультидисциплинарным анализом. Изложены все современные технологии, применяемые высококвалифицированными инженерами во всем мире для анализа поведения конструкции и оценки ее характеристик в кратчайшие сроки. Санкт-Петербургский политехнический университет Михайлов А. А., начальник отдела лицензионного программного обеспечения НИИ материалов и технологий
Предисловие 6 Предисловие Вы держите в руках первую книгу на русском языке, адресованную пользователям системы численного анализа NX Advanced Simulation. NX Advanced Simulation является полнофункциональной программной системой для выполнения мультифизичных расчетов инженерами различных специализаций – специалистами в области прочности и динамики, специалистами по анализу аэродинамических характеристик, внутренних и внешних течений жидкостей и газов, по анализу систем охлаждения, инженерами-экспериментаторами. Следует воспринимать данную книгу как практическое пособие, основанное на примерах и задачах, которое может пригодиться в повседневной работе как специалистам узкого профиля, так и тем, кто не использует NX Advanced Simulation в повседневной работе, но применяет систему NX для проектирования. Использование численных методов при проектировании различных конструкций и машин продиктовано необходимостью постоянного повышения качества и надежности изделий, а также возможностью применения новых конструкционных материалов, если учитывать сложные усло вия работы современных изделий. Максимальный эффект от использования технологий численного инженерного анализа (CAE, Computer-Aided Engineering) достигается при их использовании, начиная с самых ранних стадий проектирования. При этом снижаются стоимость изделия, вероятность возникновения рисков и срок выпуска изделия на рынок. Исследования поведения конструкций можно также проводить и с помощью экспериментального подхода. Этот способ позволяет оценивать поведение конструкции при воздействии на нее различных внешних факторов. Однако он является дорогостоящим, требует больших временных затрат, а иногда и вовсе не может быть применим. Сегодня в процессе разработки высокотехнологичной конкурентоспособной продукции ведущие фирмы мира используют конечно-элементное (КЭ) моделирование, частично заменяя дорогостоящий натурный эксперимент более дешевым и рациональным вычислительным экспериментом. Ведь современный уровень компьютерной техники позволяет решать сложные задачи на мощных рабочих станциях и кластерах достаточно быстро. Важно также отметить, что при проведении реальных экспериментов, как правило, информацию можно получать лишь в десятках или сотнях точек. При численном моделировании таких точек может быть несколько сотен тысяч, а при необходимости – и больше. Основная аудитория, к которой обращена данная книга, – это инженеры, конструкторы и расчетчики, которые открывают для себя систему численного инженерного анализа, а также те из них, кто хочет расширить свои знания и навыки применения NX Advanced Simulation. Книга состоит из двух частей. Первая часть посвящена описанию основных средств и инструментов для подготовки расчетной модели и анализа полученных результатов. Во второй части более подробно рассматриваются особенности выполнения основных видов инженерных анализов и практические примеры. Для знакомства с системой NX Advanced Simulation можно прочитать и первую, и вторую части книги. А для получения навыков решения частных прикладных задач можно сосредоточиться на второй части. В первой главе описываются основные приемы работы с NX Advanced Simulation, приводится описание структуры расчетной модели и даются рекомендации по последовательностям действий при проведении расчетов. Также описываются основные типы расчетов, доступные в NX Advanced Simulation, и излагаются основы метода конечных элементов.
Предисловие 7 Вторая глава посвящена основным командам и приемам при проведении упрощения и изменения исходной геометрической модели с целью создания качественной расчетной модели. По дробно описываются команды синхронного моделирования в применении к расчетным моделям и другие команды идеализации. Третья глава содержит описание команд и рекомендаций по подготовке конечно-элементных моделей с использованием различных типов конечных элементов. Детально рассматриваются инструменты редактирования полигональной геометрии, основные способы создания конечноэлементной сетки, операции с элементами и узлами, приемы подготовки конечно-элементных моделей сборок. Также рассматриваются команды назначения физических свойств конструкциям, создания и хранения свойств материалов в библиотеке. Типы нагрузок и ограничений на степени свободы, а также способы их приложения излагаются в четвертой главе. В пятой главе подробно рассматриваются вопросы представления полученных результатов в пост процессоре. Наряду с контурными диаграммами также затрагиваются особенности создания графиков, анимированных диаграмм и представления результатов расчета в виде табличных данных. Шестая глава первой части посвящена особенностям создания численных моделей изделий из композитных материалов. Здесь делается акцент на особенностях, которые необходимо учитывать при расчете композитных конструкций как в процессе разработки расчетной модели, так и при обработке результатов. Основные типы расчетов конструкций описаны во второй части книги. Первая глава содержит описание и параметры при анализе поведения конструкций в рамках теории упругости, а также описание оптимизационного анализа. Анализ линейной и нелинейной потерь устойчивости разбирается во второй главе. Основы динамического анализа и его проведение в NX Advanced Simulation приводятся в третьей главе. Обзор основных типов нелинейностей, а также особенности их учета при решении статических и динамических задач приводятся в четвертой главе. Пятая глава содержит описание постановки и решения задачи комплексного теплообмена. Задачи вычислительной гидрогазодинамики, их постановка и решение описываются в шестой главе второй части. Книга сопровождается большим количеством примеров. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по следующей ссылке: www.siemens.com/plm/ru/cae. Прежде чем начинать практическое изучение системы, скопируйте учебные файлы на жесткий диск вашего компьютера. Исторические корни NX Advanced Simulation Основным решателем в NX Advanced Simulation является зарекомендовавший себя в течение многих лет конечно-элементный решатель Nastran. Nastran – это одна из первых вычислительных систем в мире. Происхождение Nastran (NASA STRuctural ANalysis) уходит корнями в середину прошлого столетия (1965 год), тогда как выпуск первой коммерческой версии кода решателя
Предисловие 8 произошел в 1972 году. В 2003 году исходные коды, а также все интеллектуальные наработки по системе Nastran были приобретены компанией Siemens PLM Software. Таким образом, с 2003 года на рынке появилось решение NX Nastran. За последние годы компании Siemens PLM Software удалось существенно усовершенствовать и расширить NX Nastran. Кроме решателя Nastran, в основу NX Advanced Simulation легли и другие решения численного анализа. Это решения I-Deas Master FEM, I-Deas Laminate Composites и I-Deas Advanced Durability, разрабатываемые с 1967 года компанией SDRC и принадлежащие на сегодняшний день компании Siemens PLM Software. Кроме того, это модули для анализа тепломассопереноса, с 1983 го да разрабатываемые компанией Maya Heat Transfer Technologies и впоследствии вошедшие в портфель решений Siemens PLM Software как NX Flow/Advanced Flow, NX Thermal/ Advanced Thermal, NX Space System Thermal, NX Electronic System Cooling. В 2011 году появилось решение NX Topology Optimization, в основу которого заложены алгоритмы Tosca, разработанные компанией FE Design. Технологии Adina легли в основу NX Nastran Advanced Nonlinear – модуля для анализа сложных статических и динамических нелинейных процессов. Компания Adina R&D была основана в 1986 году профессором Массачусетского технологического университета M.I.T. доктором K. J. Bathe. Таким образом, портфель САЕ-решений Siemens PLM Software объединил в себе большое коли чество современных, лучших в своем классе технологий, таких как технологии Nastran, Adina R&D, I-Deas CAE, Maya HTT, Tosca, Recurdyne. Из всех возможностей этих технологий компания Siemens PLM Software выделила лучшие для решения каждого класса задач, объединила их в едином решении и продолжает развивать и улучшать для анализа прикладных задач любой сложности.
Глава 1. Начало работы с NX Advanced Simulation Часть I. Современные инструменты инженерного анализа в NX CAE Глава 1. Начало работы с NX Advanced Simulation В этой главе содержится описание основных приемов и этапов выполнения численного инженерного анализа с использованием САЕ-системы NX Advanced Simulation. Данная глава позволит получить ответы на первые практические вопросы, которые возникают при работе с приложением. Кроме того, пользователь может ознакомиться с методом конечных элементов для задач динамики и прочности машин и конструкций. 1.1. Процесс инженерного анализа в NX Advanced Simulation Обычно для предварительной оценки прочности/работоспособности конструкции инженерконструктор применяет инженерные подходы, основанные на представлении конструкции в виде простых узлов и элементов, для которых существуют аналитические оценки поиска напряженно-деформированного состояния. К таким оценкам можно отнести использование простейших формул для поиска напряжений в балках при их растяжении, изгибе или кручении, поиска относительного удлинения, моментов инерции, сил реакции и др. Инженер-конструктор вынужден работать с большим количеством специализированной литературы для поиска необходимых выражений и законов. Данные подходы имеют существенные ограничения при их применении к реальным сложным конструкциям и используются все меньше и меньше в современных высокотехнологичных производствах и конструкторских бюро. При использовании систем численного анализа инженер получает возможность моделировать конструкции и машины любой сложности с любой необходимой (рациональной) степенью детализации. У него появляется инструмент для анализа реального распределения напряжений и деформаций в конструкции. NX Advanced Simulation на базе промышленного решателя NX Nastran (и других решателей компании Siemens PLM Software) дает инженеру возможность работать с различными приложениями, оставаясь в единой среде проектирования NX. Причем масштабируемость модуля NX Advanced Simulation (NX Расширенная симуляция) позволяет решать как простые, так и самые сложные задачи из различных областей механики деформируемого твердого тела, механики жидкостей и газов, механики теплопереноса и др. Основные шаги при выполнении инженерного анализа с помощью метода конечных элементов (рисунок 1.1) – это:
Часть I. Современные инструменты инженерного анализа в NX CAE 10 • создание идеализированной модели i-part. Этот этап соответствует переходу от реальной физической модели к измененной (упрощенной) математической модели. Очевидно, что математические модели имеют бесконечное число степеней свободы, что влечет за собой практическую нереализуемость решения поставленной задачи для сложной модели; • создание дискретной модели FEM, что соответствует ограничению числа степеней свободы, то есть происходит дискретизация идеализированной модели; • решение системы разрешающих уравнений, которые соответствуют выбранному типу анализа. Рисунок 1.1. Схема выполнения инженерного анализа Необходимо учитывать, что решение задачи численными методами не может являться абсолютно точным – каждый этап численного моделирования вносит определенную погрешность в результат расчета. Для минимизации погрешности расчета инженер должен уделять особое внимание двум этапам: идеализации и дискретизации. На этапе идеализации осуществляется переход к математической модели, что может внести существенную погрешность или даже кардинальную ошибку в результат. В свою очередь, на этапе дискретизации необходимо проверять сходимость численного решения. Под сходимостью понимается стремление результата численного решения к верному при увеличении числа степеней свободы. Кроме этого, занимаясь численным моделированием, необходимо помнить, что КЭ анализ – это всегда баланс опыта самого инженера, требуемой точности результата, мощности вычислительной техники, времени расчета, времени разработки расчетной модели. Обычно более детализированные и хорошо дискретизированные расчетные модели дают более точный результат, но требуют больше времени как на расчет, так и на подготовку. В свою очередь, качество и время подготовки расчетной модели могут напрямую влиять на снижение времени расчета. А опыт и знания инженера как основной определяющий фактор могут уравновесить и помочь достичь баланса при решении реальных задач. 1.2. Возможности модуля NX Advanced Simulation NX Advanced Simulation – это многофункциональный модуль конечно-элементного моделирования с широкими возможностями визуализации результатов моделирования конструкций и их