UG NX 热仿真

<<UG NX CAE基础与实例应用>>是我买来学习NX热仿真的一本书, 其中只有一个热仿真例子, 没头没尾的, 很难看懂. 经过一段时间, 找到NX的帮助文件, X的, 原来都是帮助文件里面的内容和例子照搬的, 我服了.

NX除了正常的力学仿真之外, 另外一个高级仿真模块是thermal/flow和couple-thermal (没记错的话). 如果是做简单的无风情况下的热分析的话, 用thermal/flow结合里面的thermal模块就可以了, 做流体力学则用thermal/flow里面的flow模块. 从帮助文件中都能找到相应的例子, 一个是pcb板的, 一个是阀门的. 如果是有空气流动的, 如有风扇的情况下, 则需要考虑空气体积作为流体, 并结合热模块, 那么就要用到更高级的couple-thermal模块了. 在youtube上可以找到一个电源和led的例子.

Siemens NX Thermal analysis of a power supply – part 1/2    http://www.youtube.com/watch?v=s3CEanB00Eo&feature=related

Siemens NX Thermal analysis of lamp – part 1/3

http://www.youtube.com/watch?v=nh6Pv90pzzI

最近主要用到的是没有流体情况下的热仿真. 主要考虑两个方面的问题, 一是材料的热属性, 二是相应的仿真条件.

先说仿真条件, 根据PCB的例子(也可以参考PROe的一个平底锅的例子), 用到的条件有:

  • 一个热荷载5w,
  • pcb和pcb上芯片分别和空气的对流,
  • 一个pcb和芯片之间的热耦合(也就是热传导).

其中对流分别是24和19W/m^2-C(也可以是单位mW/mm^2-C, 值不变), 热耦合需要用到第三个选项热传递系数, 160000W/m^2-C, 计算方法为芯片的材料属性热传导率80W/m-c除以和pcb之间的间隙1mm, 乘以总的接触面积50%, 这些都可以在帮助文件中找到. 进行相应的计算即可.

然后是材料的属性, nx中的材料有orthotropic和isotropic(不同方向和同方向的), 于是PCB就应该用到不同方向的,应该根据布线规则, 横向布线则横向的覆盖铜箔会比较的多, 导热系数会比较大, 与板垂直的z方向应该是绝缘基板, 导热就很小了, 因此三方向的导热系数K分别为

x = 9;

y= 41;

x= 0.55

其中单位可以是W/m-K, 或者W/mm-c, 单位转换值不变. 同时设定其他两个热分析必须的值, 质量2700kg/m^3和比热CP 396J/kg-K.

当然不同的pcb设计有不同导热细数, 因铜箔层数不同而不同. 可以精确查算, 也可以采用以上计算就好…..

同时要注意, 网格划分是也要设置相应的xyz的坐标方向, 2d网格的划分也需要. PCB不同的厚度会导致温度差异很大, 如1.8的厚度可能是58度, 18的厚度就是35度了.

最后芯片采用isotropic同方向, 设置所有材料必须的三个热属性质量, 导热系数K和比热CP分别为2700, 383, 380. 注意单位就好.

关于导热系数, 解释为

又称导热系数,反映物质的热传导能力。按傅里叶定律(见热传导),其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。

各类物质的热导率〔W/(m·K)〕的大致范围是:金属为50~415,合金为12~120,绝热材料为0.03~0.17,液体为0.17~0.7,气体为0.007~0.17。

关于比热

比热容是单位质量的某种物质升高单位温度所需的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每公斤开尔文(J kg^-1K^-1 或 J kg^-1℃^-1,J是指焦耳,K是指热力学温标,与摄氏度℃相等),即令1公斤的物质的温度上升1摄氏度所需的能量。

未来继续研究热流结合的仿真方法.

UG NX CAE 结构优化

最近在搞这个, 时间有多就总结出一系列的教程把.

正常的步骤是

  • 首先正常解算
  • 材料 有限元化
  • 约束和负载
  • 求解
  • 在SIM上面右键点击选择optimization
  • define objective – 重量, stress, strain, displacement, volume
  • define constrains – 同上几种, 选项上限,下限.
  • define design variables – 包括草图尺寸, 特征尺寸, section 属性, 壳体属性
  • solve 一下输出excel表格

下面是case

很简单的一个结构件, 铁的, 于是要在保证很好的受力前提下, 减轻重量, 节省成本, 通过修改草图的中的变量达到这个目的, 过程自动化了.

材料steel, 有限元化, 侧面固定, 上面压力100N/mm2 MPA

Optimization1.jpg

优化, 目标-重量, 看能减少多少重量

目标约束变形Y轴, 下限-1 也就是说-Y方向的变形不能超过1

草图变量: thickness 如下图 上下限在15-5之间变化

height to support 在40-10之间变化

Optimization2.png

参考优化的表格 重量由3197下降至优化值2435, 变形在0.99, height to support 为20.5; thickness 为11.18

ug 7.5

据说已经有ug 8了, 但是好像没有破解。

感谢青华ug工作室提供的ug 7.5的破解版 下载地址 这个是破解不完全版,害死我了。.

ftp://www%2Euggd%2Ecom:wagdugwtydhzdhd@61.164.140.35/NX7.0/NX7.5.rar
破解成功, 可以使用, 也可以云端! 云端的时候到最后软件安装开始的前一步再打开云端安装窗口就行!

正在测试电驴的1.96GB版

ed2k://|file|TorrentCCF-SOFT-SIEMENS.PLM.NX.V7.5.32Bit.FINAL MAGNiTUDE.iso|2104688640|f476016699669aa2f2bc4860b4bdf841|/
迅雷下载

同时搜索到一个documentation的下载地址 正在下载中

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UG – motion simulation

UG的运动仿真。内有一个教程

 

引 言
    传统机械设计总是先制定设计方案,然后再采用理论力学的方法计算其运动学或者动力学特性,而后再进行优化、强度分析及结构设计等。这个过程单就运动学或者动力学特性分析而言,要经过大量的理论分析及计算。本文作者以一汽集团的自卸车举升机构设计为例,采用UG软件的运动仿真功能来说明一种运动学或者动力学特性分析的新的设计方法。

    1、介 绍
    机构运动仿真分析,可以实现机械工程中非常复杂、精确的机构运动分析,在实际制造前利用零件的三维数字模型进行机构运动仿真已成为现代CAD工程中的一个重要方向及课题。机构仿真分析所解决的问题有以下几点:位移、速度、加速度、力,解决零件间干涉、作用力、反作用力等问题。一般说,工程师首先将零件的三维模型建好,其次确定运动零件,并确定各运动零件之间的约束关系,最后利用特定分析软件进行机构分析,如ADAMS、ANSYS等。其中的关键环节为建立零件间约束关系及载荷定义,并求解。

    UG软件是美国EDS公司推出的大型CAD/CAE/CAM软件,它的运动分析模块(UG Scenario)是一个模拟仿真分析的设计工具,它是ADAMS软件的一个子集。它既能进行运动学(Kinematic)分析,又能进行动力学(Dynamic)分析。典型步骤如下:首先将要分析的装配图存入一个Scenario文件,确定分析所需构件(LINKS),再建立构件之间的运动副(JOINTS),然后定义整个机构承受的载荷(FORCES),进行机构运动仿真,从中得出所分析的运动副处的位移、速度、加速度及力的数值及特性曲线,为下一步做有限元分析或作强度分析、结构设计、优化设计打下了基础。

 

 

    本文引用的是一汽集团的一种F式自卸车举升机构,实质上是一个四连杆机构,如图1所示。动力部分是两构件之间的液压缸的推力相对于A、G铰支座产生的转矩。

    这个机构运行过程的各种运动学及动力学参数运算方法非常复杂,采用手工计算或者采用计算机编程的方法解决的话,计算量都相当大。因此,要全新设计及优化这样一套机构,必须进行全部运动过程的运动学及动力学参数变化跟踪,而这个跟踪计算过程采用UG Scenario(即Motion功能)来完成就比较方便。

    2、实 现
    2.1 自卸车举升机构的运动学分析
    首先采用UG软件建立自卸车举升机构的三维实体数字装配图如图2所示。(具体结构尺寸略)

    在UG的Motion模块下,创建三角臂、液压缸体、活塞体、拉杆及车厢等5个构件,创建有J001、J002、J003、J005、J006及J007等6个转动副,J004等1个移动副,共有7个低副,没有高副。其自由度总数:


    由此,F式举升机构的自由度为1,合理。
    并且设置J004移动副为驱动运动副,按照举升机构的要求,活塞在初始位置即0s时位移为0mm,活塞在15s时位移为750mm,因此,定义一个适合此边界条件的阶梯函数step(time,0,0,15,750)。

    阶梯函数的定义为:


    作一个完整的机构运动分析仿真仿真节奏为15s按200步计算。
    首先,采用UG软件的位移分析功能分析车厢转动的角位移、三角臂转动的角位移曲线如图3所示:

    由此可见,车厢转动的最大角位移是51.2646度, 三角臂转动的最大角位移是64.5733度,并且出现了“点头”现象,与实际工作情况相符。这可以作为掌握举升机构终止位置设计姿态的依据。

    其次,采用UG软件的速度分析功能分析活塞运动的速度、车厢转动的角速度、三角臂转动的角速度曲线分别如图4、图5所示:

    由于液压缸的承载是时变的,结果造成液压缸的速度在0~75.3137mm/s之间变化,具体波动情况参看图4。
    从图5中可以发现,车厢转动的角速度,由0度/s变化至4.8742度/s,然后再变化至0度/s;三角臂的角速度变化比较复杂,先由0度/s变化至0.9730度/s,然后再变化至0.0453度/s,而后再上升至7.3171度/s,最后以下降至0度/s。
    由此可掌握举升过程中车厢及三角臂转动快慢的特性,对评估系统的可靠性有一定参考价值。

    最后,采用UG软件的加速度分析功能分析活塞运动的加速度、车厢转动的角加速度、三角臂转动的角加速度曲线如图6、图7所示。

    可以看出,该曲线两头高,中间低。最大数值为19.80 mm/ ,活塞的质量为92.5Kg,故产生的最大惯性力为:。这种惯性力将对液压油的油压产生一定的冲击影响。

    从图7可以发现,车厢转动最大角加速度为2.311度/s ,三角臂转动最大角加速度为4.2927度/s 。如图7所示,车厢总负荷若按50吨计算,那 么,车厢对铰链G的转动惯量为:

    则车厢对铰链G的惯性矩为:

    在液压缸上将会产生的惯性力:
    对比液压缸自身产生的惯性力与车厢产生的惯性力,数值相差悬殊。因此,液压缸自身产生的惯性力可以忽略不计。可以推断,尽管三角臂转动最大角加速度为4. 2927度/s ,但其质量仅为48Kg,其产生的惯性力亦可忽略不计。

    惯性力的大小关系到液压回路关键件的设计,特别是蓄能器的合理选用及其他液压元件工作可靠性估计,应当引起足够的重视。

    从以上分析可以看出,只要机构各构件的主要尺寸定下来以后,在一定的活塞行程的条件下,整个机构的运动特性就相应地被确定了。

    2.2 自卸车举升机构的动力学分析

运动学特性分析完之后,我们不妨假定施加50吨的载荷进行机构的动力学特性分析。即如图8所示,在车厢的质心位置,加以方向始终垂直向下的负载FG=-490000N。

    首先采用UG软件的力学分析功能仿真液压缸实际工作情况的受力曲线图如图9所示。发现液压缸在初始位置受力最大,达到789597.8N,其曲线变化呈较缓的抛物线型。因为使用的活塞直径为200mm,故其截面积为 ,即31416 ,从而液压缸内的压强:

    因此得出液压缸正常工作的最小油压为25.1Mpa。

    现将举升机构其他6个转动副的受力曲线分析如图10所示,构件拉杆两头分别是转动副J002与J005,根据力的平衡条件,这两个转动副上的受力大小大小相等、方向相反,并作用在同一条直线上(如有差异,因为液压缸及各构件的重力影响所致)。因此这两个转动副的受力与液压缸内部的受力相等。车厢铰轴孔(即转动副J007)处的受力随举升机构的进程而缓缓变大,最大数值达260029N。三角臂铰轴孔(即转动副J001)处的受力随举升机构的进程而缓缓变小,最大数值为334941N。

    举升机构的位移、速度、加速度及受力分析完之后,对该机构的固有属性就相应地比较清楚了,下面的工作就是具体的结构设计及强度设计了。

3、结 论
    本篇以F式自卸车举升机构为例进行了详细的运动学及动力学参数分析,使我们深刻了解了采用三维软件进行运动学及动力学参数分析的计算机辅助方法。借助于UG/ Scenario的Motion功能,能够有效地分析机构运动过程中的运动特性和规律。这使得机械设计工程师从复杂的理论计算中解放出来,将更多的精力放在优化设计及结构设计上,具有一定的实用价值。另外,通过三维软件仿真分析,可以得出准确的理论数据和曲线,给予我们作结构设计及优化设计提供了理论基础和条件。

Synchronous technology, 同步建模

Synchronous technology from Siemens PLM Software connects everyone in the product lifecycle—and it connects them all without limiting any of them. Connection without limitation. Freedom with coordination. That’s how Synchronous Technology helps you innovate more—and makes your design process up to 100 times faster.
With synchronous technology, you no longer have to choose between constraint-driven or history-free modeling. You no longer have to be a programmer to reuse a model. And you no longer need to worry about using data from multiple CAD systems.

http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/campaigns/breakthrough/

第6分钟开始介绍的

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