NX MASTERFEM热分析教程

目 录

第1部分 NX Master FEM基础篇1

第1章 NX Master FEM入门1

1.1 概述1

1.2 NX Master FEM 是什么1

1.3 NX Master FEM TMG简介2

1.4 什么是NX Master FEM TMG2

1.5 NX Master FEM TMG能做什么2

1.6 TMG模拟流程图3

1.7 TMG与 NX Master FEM ESC的

接口3

1.8 NX Master FEM ESC简介4

1.9 什么是NX Master FEM ESC4

1.10 ESC模拟流程图4

1.11 使用NX Master FEM 启动表5

1.12 使用鼠标选择实体6

1.13 选择图标或菜单6

1.14 通用图标7

1.15 使用表格8

1.16 借助动态导航器创建几何图形8

1.17 通过截面创建实体8

1.18 使用不同的视图模式9

1.19 使用功能键实现动态显示10

1.20 使用选择过滤器10

1.21 组织工作11

1.22 在获取帮助前先寻找线索11

1.23 使用快速跟踪12

1.24 使用指南学习NX Master FEM12

1.25 在线指导：快速提示13

第2章 零件设计基础14

2.1 概述14

2.2 一些定义14

2.3 基本零件设计概览15

2.4 为什么要创建零件15

2.5 使用工作平面16

2.6 在平面上绘图17

2.7 使用三步造型法17

2.8 画草图和标尺寸18

2.9 动态导航器如何帮助绘图18

2.10 控制几何约束19

2.11 控制动态导航器19

2.12 添加和删除约束20

2.13 添加约束20

2.14 添加尺寸20

2.15 修改尺寸21

2.16 在一定位置上绘图22

2.17 拉伸截面22

2.18 拉伸特征23

2.19 为零件输入名称和编号23

2.20 什么是历史树24

2.21 访问零件的历史25

2.22 使用历史访问表25

2.23 显示选择对象的规则26

2.24 使用选择过滤器27

2.25 使用区域选项27

2.26 修改尺寸的外观28

2.27 预选和后选28

2.28 如何更简单地从图形窗口中选

择实体29

2.29 在线指导：画草图和加约束29

2.30 在线指导：拉伸和旋转特征30

第3章 网格划分简介31

3.1 概述31

3.2 使用有限元分析法31

3.3 有限元是什么31

3.4 区域离散化32

3.5 控制容积方法32

3.6 有限差分的公式33

3.7 创建有限元模型33

3.8 单元类型34

3.9 指定零件的材料34

3.10 材料类型34

3.11 定义材料性质36

3.12 创建材料36

3.13 物理性质表36

3.14 创建物理性质表37

3.15 修改物理性质38

3.16 自由网格划分概览39

3.17 创建自由网格39

3.18 自由划分表面网格40

3.19 网格划分预览40

3.20 什么是组41

3.21 使用几何图形组42

3.22 创建和显示组42

3.23 选择需要的单元43

第4章 后处理简介44

4.1 概述44

4.2 后处理概览44

4.3 加载结果45

4.4 选择数据结果45

4.5 用温度等值线评估结果46

4.6 对所需的单元进行后处理47

4.7 创建显示模板47

4.8 TMG结果数据集48

第5章 创建零件49

5.1 概述49

5.2 调整和拖动49

5.3 处理未被全约束的几何图形49

5.4 使用拉伸选项50

5.5 旋转零件51

5.6 选择旋转选项51

5.7 什么是构造操作52

5.8 引入相关性53

5.9 相关性的类型54

5.10 倒棱角54

5.11 使用零件目录54

5.12 使用阵列55

5.13 创建矩形阵列56

5.14 创建环形阵列56

5.15 创建特征阵列57

5.16 具有可变参数的阵列57

5.17 添加参考平面58

第6章 零件修改与管理59

6.1 概述59

6.2 修改尺寸59

6.3 修改特征参数60

6.4 修改截面61

6.5 删除特征61

6.6 重现逐步更新过程62

6.7 更新有限元模型63

6.8 在工作台和抽屉之间迅速移动零件63

6.9 删除零件64

6.10 复制零件64

6.11 复制与零件相关的有限元模型64

6.12 在线指导：修改特征65

第7章 使用NX Master FEM Library

和FE Studies66

7.1 概述66

7.2 使用各种数据存储器66

7.3 什么是项目66

7.4 什么是模型文件67

7.5 什么是抽屉67

7.6 模型文件和零件库的区别是什么68

7.7 为何要使用零件库68

7.8 给零件命名并将其保留在工作台上68

7.9 与工作组内其他成员共享零件68

7.10 把零件放进库中的选项69

7.11 从库中取出零件70

7.12 什么是FE STUDY71

7.13 FE Studies管理71

7.14 替换材料和物理性质71

7.15 替换整个模型中的性质72

7.16 替换模型的部分性质73

7.17 检查当前FE Study的性质74

7.18 使用FE Studies74

7.19 当前FE Study设置74

7.20 FE Studies的优选项75

7.21 选择结果75

第8章 为有限元模型准备零件77

8.1 概述77

8.2 为有限元模型准备零件过程概览77

8.3 抑制特征77

8.4 创建表面79

8.5 修整表面79

8.6 检查表面的自由边79

8.7 缝补表面80

8.8 零件分区80

8.9 用Extrude命令为零件分区81

8.10 轴对称模型81

8.11 创建轴对称线框模型82

8.12 把线框附着在零件上82

第9章 网格划分83

9.1 概述83

9.2 权衡模型规模和求解时间83

9.3 用自由网格划分实体单元84

9.4 指定局部单元的尺寸84

9.5 单元信息85

9.6 映射网格划分和自由网格划分85

9.7 使用映射网格划分86

9.8 在表面上定义映射网格划分86

9.9 在多于四条边的面上进行映射

网格划分87

9.10 在体中定义映射网格划分87

9.11 为体设置映射网格划分的选项88

9.12 对N面体进行网格划分89

9.13 删除网格89

9.14 使用梁单元网格90

9.15 创建梁截面91

9.16 用自由网格划分定义梁单元91

9.17 在单元上定义梁截面91

9.18 生成梁单元网格93

第10章 网格质量检查94

10.1 概述94

10.2 质量检查概览94

10.3 壳单元网格的质量检查94

10.4 检查变形和拉伸95

10.5 检查变形和拉伸的四边形壳单元95

10.6 检查扭曲96

10.7 检查重合节点97

10.8 检查重合单元98

10.9 检查单元的自由边98

10.10 检查单元法线的一致性98

10.11 检查变形和拉伸的四面体99

10.12 “门铰链”单元100

第11章 高级网格划分101

11.1 概述101

11.2 辅助建模技术概览101

11.3 通过拉伸生成单元101

11.4 修改单元属性102

11.5 修改网格划分定义103

11.6 修改单元的物理性质103

11.7 修改单元的材料性质103

11.8 随温度变化的材料性质104

11.9 创建物性随温度变化的材料104

11.10 正交各向异性材料106

11.11 定义正交各向异性材料106

11.12 正交各向异性材料的方向矢量107

11.13 辐射表面的性质108

11.14 单元显示选项108

11.15 将两个FE模型合并108

第12章 后处理110

12.1 概述110

12.2 显示设置110

12.3 设置计算范围111

12.4 单元显示111

12.5 设置数据范围111

12.6 利用探针显示模型中特定点

的结果112

12.7 数据评估113

12.8 结果的动画显示114

12.9 显示箭头图114

12.10 结果的曲线图115

12.11 选择要画曲线图的实体115

12.12 创建图形文件116

第13章 NX Master FEM 结果显示器117

13.1 概述117

13.2 创建显示117

13.3 显示设置118

13.4 选择结果118

13.5 将结果写入电子数据表119

13.6 色条120

13.7 等值线、单元及箭头显示121

13.8 显示模式121

13.9 定义剖面122

13.10 ISO光标显示123

13.11 结果的动画显示123

13.12 显示的优选项124

13.13 打印结果124

第14章 组和显示126

14.1 概述126

14.2 创建选项126

14.3 选择想要的单元126

14.4 显示选项127

14.5 显示相邻实体127

14.6 在组表中操作组128

14.7 使用快速过滤器128

14.8 选择组129

14.9 使用布尔组129

第2部分 TMG热分析篇131

第15章 NX Master FEM TMG简介131

15.1 概述131

15.2 TMG任务栏131

15.3 实体管理132

15.4 基于实体绘制几何图形133

15.5 通用的单元选择方法134

15.6 与辐射相关的实体的单元选择134

15.7 热传导建模134

15.8 施加边界条件135

15.9 热边界条件135

15.10 热负荷边界条件136

15.11 单元热流密度136

15.12 对流和辐射边界条件137

15.13 电压和电流边界条件137

15.14 珀耳帖制冷器边界条件138

15.15 恒温器139

15.16 创建表格定义因变量139

15.17 其他因变量边界条件140

15.18 对流边界条件141

15.19 辐射边界条件141

15.20 模型的求解141

15.21 检查结果141

第16章 图元143

16.1 概述143

16.2 图元概览143

16.3 创建图元143

16.4 设置图元的位置144

16.5 指定点和参数145

16.6 合并点以模拟热传导145

16.7 利用热耦合模拟热传导146

16.8 利用Solid from Shell 技术为

图元划分网格146

16.9 输入和输出图元147

第17章 热耦合148

17.1 概述148

17.2 什么是热耦合148

17.3 使用热耦合148

17.4 理解热耦合149

17.5 理解热耦合：主单元的选择149

17.6 理解热耦合：特殊形状150

17.7 理解热耦合：消除板内假导热150

17.8 理解热耦合：网格尺寸151

17.9 创建热耦合151

17.10 热耦合的单元类型152

17.11 热耦合类型152

17.12 热耦合的性质153

17.13 变化的热耦合153

17.14 非几何单元154

17.15 创建非几何单元154

17.16 使用非几何单元154

17.17 特殊的非几何单元155

17.18 热耦合例1：粘接连结155

17.19 热耦合例2：电路板插槽155

17.20 热耦合例3：螺栓接口156

17.21 热耦合例4：蜂窝结构板上

的多层辐射隔热157

17.22 热耦合总结158

第18章 热传导建模159

18.1 概述159

18.2 TMG热传导求解法159

18.3 用CG法计算的温度结果159

18.4 单元CG法的优点160

18.5 单元CG和单元变形160

18.6 多层壳单元161

第19章 使用求解器162

19.1 概述162

19.2 TMG求解器概览162

19.3 模拟设置162

19.4 稳态分析的参数设置164

19.5 使用稳态分析参数164

19.6 瞬态分析的概念165

19.7 瞬态分析的参数设置165

19.8 使用瞬态分析参数165

19.9 瞬态积分控制方法167

19.10 周期性收敛167

19.11 求解方法167

19.12 Jacobi求解器选项169

19.13 求解器高级选项169

19.14 流动选项170

19.15 初始条件170

19.16 创建初始温度171

19.17 使用再次计算控制171

19.18 确定RCmin的技巧172

19.19 瞬态分析总结173

第20章 结果174

20.1 概述174

20.2 结果数据类型的选项174

20.3 验证结果175

20.4 生成单元或组报告176

20.5 生成单元报告176

20.6 生成组报告176

20.7 结果报告器177

第21章 辐射179

21.1 概述179

21.2 辐射概览179

21.3 辐射建模179

21.4 适用于辐射的单元类型180

21.5 发射率和逆侧发射率181

21.6 显示单元的正侧182

21.7 选择用于辐射的单元182

21.8 辐射理论简介183

21.9 理解黑体视角系数183

21.10 阴影检查184

21.11 单元子划分185

21.12 Hemicube算法185

21.13 创建辐射模型185

21.14 腔体186

21.15 创建辐射请求186

21.16 辐射请求类型187

21.17 腔体辐射请求187

21.18 封闭空间188

21.19 简化辐射矩阵189

21.20 检查辐射计算：视角系数的和189

21.21 控制辐射计算的精度190

21.22 误差判据191

21.23 固定子划分191

21.24 辐射传热192

21.25 奥本海姆辐射算法192

21.26 哥布哈特方法193

21.27 创建逆侧实体194

21.28 理解逆侧194

21.29 单元辐射开关195

21.30 阴影检测的技巧196

21.31 辐射总结196

第22章 已定义的辐射源和环境加热197

22.1 概述197

22.2 TMG辐射的两种形式197

22.3 建立已定义的辐射源或环境

加热模型198

22.4 辐射加热概念198

22.5 创建辐射热源199

22.6 白天太阳能加热的概念199

22.7 创建白天太阳能加热200

22.8 定义太阳辐射密度200

22.9 定义其他作用201

22.10 确定模型的朝向201

22.11 定义恒定的太阳位置203

22.12 定义变化的太阳矢量203

22.13 光线跟踪204

22.14 从辐射计算中取消单元204

22.15 辐射加热总结205

第23章 卫星及轨道分析206

23.1 概述206

23.2 轨道加热的概念206

23.3 参考矢量207

23.4 轨道术语207

23.5 创建轨道208

23.6 轨道类型选择209

23.7 轨道类型定义209

23.8 行星和太阳的特征210

23.9 轨道参数210

23.10 卫星的姿势211

23.11 旋转和自旋卫星211

23.12 计算位置213

23.13 轨道显示213

23.14 激活轨道214

23.15 Orbit/ Attitude Modeling分析

的细节214

23.16 机械运动效果建模215

23.17 定义连接215

23.18 连接参数216

第24章 管道流动网路217

24.1 概述217

24.2 管道流动概览217

24.3 理解管道流动217

24.4 为管道流动建模创建曲线218

24.5 创建梁截面219

24.6 为管道流动网路创建梁单元网格219

24.7 风扇/泵实体220

24.8 进/出口实体221

24.9 管道性质222

24.10 压头损失替代222

24.11 管道摩擦223

24.12 流动截面替代223

24.13 锥形过渡段223

24.14 对边界层影响建模224

24.15 流体网络基础224

24.16 管道单元225

24.17 选择流动模型的结果225

24.18 流动模型的求解器选项225

24.19 检查流动模型的结果226

24.20 闭循环建模技巧227

24.21 多种流体建模技巧227

第25章 对流228

25.1 概述228

25.2 流体网络概览228

25.3 受迫对流228

25.4 创建受迫对流耦合229

25.5 受迫对流耦合细节229

25.6 自然对流230

25.7 创建自然对流耦合231

25.8 自然对流耦合的细节231

25.9 环境条件232

25.10 流体网络/对流总结232

第26章 NX Master FEM边界条件任务：

数据边和数据面234

26.1 概述234

26.2 使用边界条件任务234

26.3 传热边界条件概览234

26.4 边界条件任务与TMG边界条件236

26.5 定义传热边界条件236

26.6 传热边界条件一览表237

26.7 创建基于几何图形的边界条件237

26.8 创建辐射边界条件237

26.9 创建其他边界条件238

26.10 创建边界条件集239

26.11 理解边界条件集239

26.12 在TMG热分析中使用边界

条件集240

26.13 什么是数据实体241

26.14 数据实体的图形显示241

26.15 用函数创建数据边242

26.16 用数据边定义边上的变量负荷242

26.17 用函数定义数据面243

26.18 用函数创建数据面244

26.19 用结果集创建数据面244

26.20 用数据面定义面上的变量负荷245

26.21 按比例绘负荷图245

26.22 修改数据边246

26.23 修改数据面246

26.24 在线指南：使用数据边和数

据面247

26.25 节省时间的特殊技巧248

第3部分 电子系统冷却（ESC）篇249

第27章 NX Master FEM ESC简介249

27.1 概述249

27.2 ESC任务249

27.3 ESC边界条件概览250

27.4 定义边界条件251

27.5 流动边界条件的网格划分252

27.6 ESC实体管理252

第28章 流动建模254

28.1 概述254

28.2 流体流动与热传导/辐射建模254

28.3 流动表面255

28.4 使用流动表面为对流换热建模255

28.5 为流动表面定义表面性质255

28.6 理解表面对流性质256

28.7 创建流动表面257

28.8 流动表面例1：PC主板258

28.9 流动表面例2：实体零件的对流258

28.10 流动表面例3：自旋和平移

壁面259

28.11 为流体流动创建网格259

28.12 流体网格的大小260

28.13 壳单元网格与流体网格的匹配260

28.14 在流动表面周围进行网格划分261

28.15 非平面流动表面261

28.16 流体区域的网格划分技术261

28.17 自由网格划分概览263

28.18 映射网格划分概览263

28.19 投影和拉伸网格划分概览264

28.20 连接流体网格264

28.21 节省时间的特殊技巧266

第29章 流动边界条件267

29.1 概述267

29.2 创建外部风扇和通风孔267

29.3 创建内部风扇268

29.4 创建循环风扇268

29.5 风扇漩涡效应模拟269

29.6 为风扇或通风孔的百叶窗建模270

29.7 施加在风扇和通风孔上的其他

边界条件271

29.8 在风扇目录中选择风扇271

29.9 定义风扇曲线272

29.10 将风扇曲线用作边界条件273

29.11 对内部屏建模273

29.12 创建流动的体积障碍物274

29.13 流动障碍物周围的流体网格

划分275

29.14 对称建模275

29.15 设置环境条件276

29.16 模拟自然对流277

第30章 热建模278

30.1 概述278

30.2 为模拟热传导创建网格278

30.3 用三维单元对实体零件建模279

30.4 用二维和一维单元对零件建模279

30.5 热传导网格划分技巧279

30.6 门铰链单元280

30.7 创建热边界条件281

30.8 使用低维单元施加边界条件281

30.9 从腔体箱的传热282

30.10 电压和电流边界条件283

30.11 珀耳帖致冷器边界条件283

30.12 数据制表284

30.13 热耦合285

第31章 结果生成和后处理286

31.1 概述286

31.2 生成结果286

31.3 结果的类型287

31.4 单元和节点上的热数据288

31.5 节点上的流体数据289

31.6 守恒和修正的流动结果289

31.7 显示等值线图290

31.8 设置数据范围290

31.9 使用探针显示模型结果290

31.10 使用探针显示模型数据291

31.11 显示单元判据图292

31.12 理解箭头选项292

31.13 设置计算区域292

31.14 使用Keep Previous293

31.15 显示矢量路径294

31.16 创建矢量路径294

31.17 结果的动画显示294

31.18 保存图296

31.19 节省时间的技巧296

第32章 辅助网格划分技术300

32.1 概述300

32.2 辅助网格划分技术概览300

32.3 设置工作平面301

32.4 创建节点301

32.5 复制节点301

32.6 手动创建单元302

32.7 修改单元属性303

32.8 实体单元的表面覆盖303

32.9 定义材料的方向性303

第33章 模型求解305

33.1 概述305

33.2 求解过程概览305

33.3 设置求解器控制306

33.4 设置流动求解器选项307

33.5 选择流动求解器的时间步长307

33.6 选择粘性模型308

33.7 设置热求解器选项308

33.8 设置耦合收敛选项308

33.9 顺序求解和并行求解309

33.10 求解器高级选项310

33.11 指定运行目录310

33.12 设置初始条件311

33.13 再次求解312

33.14 在批处理模式下运行求解器312

33.15 使用求解监视器313

33.16 监视流动求解的收敛313

33.17 监视耦合收敛314

33.18 监视求解状态314

33.19 监视风扇的收敛316

33.20 终止和暂停求解器316

33.21 理解模型总结信息317

33.22 理解流动求解器信息318

33.23 理解热求解器信息318

33.24 理解求解总结信息319

33.25 查看信息和收敛图320

第34章 高级主题321

34.1 概述321

34.2 旋转参照系321

34.3 周期性边界条件322

34.4 湍流建模322

34.5 FTV湍流模型323

34.6 混合长度模型323

34.7 K-E湍流模型324

34.8 设置粘性模型的长度尺度324

34.9 设置L和V尺度325

34.10 为K-E湍流模型选择入口

湍流尺度325

34.11 选择自然对流的物理时间步长326

34.12 封闭箱体内的自然对流问题327

34.13 设置松弛因子327

34.14 设置平流求解格式328

34.15 其他信息来源329

第35章 瞬态分析330

35.1 概述330

35.2 定义瞬态分析的材料性质330

35.3 瞬态分析的概念331

35.4 瞬态边界条件331

35.5 瞬态分析求解器控制332

35.6 流动求解器的瞬态和稳态选项333

35.7 流动求解器的瞬态选项333

35.8 流动求解器的瞬态选项：时间

步长334

35.9 流动求解器的瞬态选项：结果

输出334

35.10 热求解器的瞬态选项335

35.11 再次计算335

35.12 初始条件337

35.13 随时间变化的环境条件338

35.14 风扇关闭338

35.15 安全孔339

第36章 常见问题及其解决341

36.1 概述341

36.2 从简单着手341

36.3 使用模型检查341

36.4 使用参考实体342

36.5 检查单元属性342

36.6 检查网格质量343

36.7 检查单元法线的一致性343

36.8 显示ESC边界条件343

36.9 删除与边界条件相关的单元344

36.10 检查流动表面周围的网格345

36.11 创建处理过的流动模型345

36.12 注意非物理情况的出现346

36.13 检查质量、动量和能量守恒346