NX生命周期仿真软件

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欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... Siemens PLM Software拥有一套完整的计算机辅助工程(CAE)软件。本文将详细介绍构成功能强大的NX仿真软件基础的四大仿真基石。 一、仿真四大原则 自Unigraphics Solutions与SDRC合并以来，NX产品一直是Siemens PLM Software公司的旗舰产品。这一联姻促成了几何体创建专门知识、制造知识、CAM专门技术、深入仿真(CAE)知 识、数据管理与Teamcenter之间的完美整合，其中进步最大的就是分析领域。Siemens PLM Software开发了一套完整的NX仿真软件，NX仿真提供的大量工具和技术使用户能够了解仿真过程，从而为NX分析带来革命性变化。 在开发新一代仿真工具的过程中，Siemens PLM Software公司确定了计算机辅助工程(CAE)四大基石：集成、多学科、分析与测试关联以及开放性，并将它们融入到自己的产品中。下面将详细分析每个基石的含义。 1.集成(图1) 以往，仿真分析工程师大多孤军作战，从零开始创建几何体，在抽象几何体上进行复杂的有限元分析(FEA)仿真。但是这种工作方式已经不能满足现在的设计需要。若想加快产品开发速度，交付质量更好、成本更低且效率更高的产品，则必须采取不同的做法。 NX提供了一组可以直接集成到产品开发平台的产品仿真工具：从每个NX许可都有的基于向导的应力和振动分析工具，一直到把静态、模态以及热分析直接带进NX界面的、更先进的NX仿真工具。 通过这种集成方法，很多公司就可以把NX作为核心设计和仿真平台，本田Acura事业部就是一个优秀的成功案例。其设计目标是通过用一个薄壁铝结构来替换Le Mans原型中较重的镁齿轮箱铸件。Acura设计团队在不到30分钟的时间内创建和更新拥有4 000 多个特征的新设计迭代。设计更新后，只需一个团队成员即可在不到3个小时的时间内完成性能评估，并将评估结果直接反馈至设计工作流，而以往完成这一工作过程需要10天左右的时间。 2.多学科(图2) 一直以来，仿真领域被分为多个学科：有限元分析(FEA)处理结构和模态性能及行为;计算机流体力学(CFD)处理液体流动和热传递;运动仿真处理运动过程中的装配体;疲劳研究产品性能随着时间的变化情况。以往，上述每个仿真过程都是独立进行的，但是在引入多学科联合仿真之后，可以通过创建多学科环境改变这一局面。 建筑材料整体解决方案领域的领导者Keyria公司，已经开始利用NX的多学科功能进行设计。该公司是土耳其制造用于生产砖、混凝土砌块和模制石膏等建筑材料的大型机器的龙头企业，其很多产品都需要在高温条件下进行自动化作业。Keyria 团队利用NX Nastran、NX热以及NX流产品，协助进行产品仿真，最终成功地将新品牌“强制空气(force air)”工业炉系统的开发周期从1年缩短为2个月，还通过使用完整仿真大幅降低了该系统的能耗。 3.分析与测试关联(图3) 尽管很多CAE软件供应商都支持数字化测试，但事实却是，物理测试在可预见的未来仍然是一种重要的产品测试方法。因此，数字仿真与物理测试之间的协同至关重要。 能否利用仿真来协助物理测试设备的准备，优化并调正这些设备，从而达到可能的、最精确的测试结果?能否通过物理测试的结果，确信数字仿真工作精确无误，且与物理测试的结果相匹配? NX通过FEModel Correlation和FEModel Updating两个关键模块提供分析和测试关联工具。FE Model Correlation支持预测试规划，并提供数据导入/导出的附加工具，用以对物理测试和数 字测试进行对照比较。预测试规划是关键，因为数字仿真可用于模态分析，继而将传感器准确地置于需要的地方，而不是光凭猜测。同时，FE Model Updating还允许更新数字仿真模型，从而确保与实际测试数据相匹配。 4.开放性(图4) 在仿真领域，要提供一个能够实现标准软件解决方案的定制化和自动化，并使其能够与越来越常见的自主开发应用软件相集成的环境，关键就在于开放性。 Siemens PLM Software以开放著称，从用于很多领先应用软件中的Parasolid和D-Cubed引擎许可，到以JT格式创建的过程、工作流和最佳实践。在仿真领域，NXOpen提供的环境允许企业使 用标准的编程技术(.NET、C++)和日志功能，帮助用户提高仿真分析的速度。更进一步，NX的“知识融合”环境现已成为NX自动化和定制化的基础。通过将其与最新开发的产品(如产品模板工作室等)结合起来使用，用户不仅可以捕捉仿真方面的最佳实践，还可以捕捉系统很多其他领域(如建模、制造等)的最佳实践。由此便可以创建易用工具，用以存储和规范专门技术和知识，进而发布给非专业型用户。 二、集成仿真方法 仿真不仅要适用于仿真分析专家，也要适用于普通的设计人员和工程师。通过使用单一的公共平台，Siemens PLM Software 公司的NX NASTRAN提供了优化性能的基础，如图5所示。 多年来，CAD供应商一直青睐于在产品开发过程中提前引入仿真，他们的理由是：通过为设计人员或工程师提供仿真工具，可以更快地测试、验证和优化产品，从而减少后续的制造物理原型所需资源以及成本高昂的返工。但事实上，很多仿真任务仍然需要一个经验丰富的专业人士掌舵。因此，很多在设计过程中采用仿真的企业都需要使用两套工具，即设计人员或工程师需要一套直接嵌入几何体建模系统的工具，用于快速进行验证和结果检验;而专家则需要一套更高端的应用软件，用于执行极其复杂的仿真任务。仿真工具和过程的这一分离导致多个环节脱节。而两组工具一般会使用不同的基础解算器技术，也会引发一些工作流方面的问题。 第一，设计人员无法将仿真数据传递给专家，供后者开展进一步的工作。虽然可以查看和检查结果集，但是如果专家需要返工或改进初始仿真，就需要重做，重新创建模型(通常情况下，是对核心三维CAD几何体进行去特征化或抽象化处理，或在某些情况下，重新创建模型)，从而导致延误。 第二，对于视专家为设计或工程部门的指导者的企业而言，这无疑架起了一道障碍。设计人员或工程师无法轻易地将专家所使用的最佳实践及过程/工作流的相关知识进行规范化并加以再利用。此外，还有数据格式不匹配及长期存在的语言/术语的脱节等问题。 三、NX NASTRAN作为推进器 为了解决这些问题，Siemens PLM Software公司在CAE套件里面提供了三个等级的产品，所有产品均通过包括NX Nastran的公共技术和应用软件进行驱动。基础级NX产品用向导来解决被集成到核心NX里面的基于零件的结构和模态仿真。中级NX设计仿真是零件设计的一个自然扩展，提供同样被直接集成到NX里的结构、模态和热仿真。高端产品独立于CAD，除了提供结构、模态、屈曲、动力学和热传递之外，还提供非线性仿真分析功能。所有这三个产品均使用相同的基础平台：NX Nastran提供解算器技术，Parasolid提供几何体处理内核，而同步建模技术则提供强大的几何体修改能力。 对于希望采用整体仿真方法的用户而言，这不仅意味着需要一个用于共享几何体的公共平台，而且还意味着仿真设置和结果同样可以进行传递，并且能够在整个过程内进行数据传递。 对于设计人员和工程师而言，可以在设计过程中进行初步仿真工作，然后将其传递给专家和分析师，供后者开展进一步的工作。通过使用“产品模板工作室”，专家还能创建涵盖既定最佳实践和工作流的“子应用软件”，设计人员和工程师再利用这些子应用软件来执行公共仿真任务和首次验证，而无需专家的参与，后者可以集中精力处理更艰巨的工作。 在传递几何体方面，还会带来一些附加收益。通过用一个公共几何体平台，可以操纵、再加工并且与过程中的所有参与者共 享产品形状。这不仅可以提高仿真的使用效率，更重要的是，通 过使用适合于任务和知识的最佳实践和工具，最终开发出来的产 品质量更好，更能满足性能要求。 四、NX流体分析和NX热分析功能 很多人都知道Siemens PLM Software公司提供具有自身特色的NASTRAN解算器，但可能并不知道公司还与MAYA科技携手，为结构分析增添了热分析和流体分析功能。 仿真技术发展的下一阶段，即在一个仿真中结合多学科。尽管离散的结构和热/流体仿真先进技术已经问世一段时间，多学科 方法可以将这些技术合并起来，实现更强大的功能。 1.仿真合作伙伴 考虑到多学科方法的发展方向，Siemens PLM Software公司已经与Maya Heat Transfer Technologies(mayahtt.com)建立合作伙伴关系，共同为NX产品开发系统开发一组深入集成的“流体和热分析”附加模块，通常被称为“计算流体动力学(CFD)”。这些附加模块同NX CAE解决方案一样，分为基本和高级应用。它们可用于为初次接触CFD的设计人员创建基于向导的特定附加 模块，通过封装最佳实践的指向型使用情景来弥补详细控制。 2.流体与热 在基础级，NX流体和NX热分析提供了一组丰富的控件和使用场景。拥有丰富的系统经验且对产品操作和性能要求有深入了解的用户，可以利用这些工具进行详细的仿真。在此基础上，附加模块还提供以前只有“行家里手”才能使用的更高级的功能。有趣的是，各个模块和相关数据集都基于同一个核心技术，进而可以在复杂和简单结构之间传递数据，这就意味着企业可以根据设计和仿真团队的经验、知识和功能要求，为团队派发最合适的工具。各模块不仅允许用户单独进行各种方式的流体和热仿真，而且还能与两个学科结合，从而更全面地理解产品性能。 当这一功能与NX内部强大的几何体工具(如允许快速创建、提取并重新确定“设计”几何体目的的同步建模技术)结合在一起时，会形成一个环境，用户可以在其中通过仿真实现真正的设计优化，而不仅仅是设计验证。 除了这些工具外，还有一些专用附加模块，这些附加模块使用行业特定的术语、工作流和最佳实践，提供一组用于解决特定问题的工具。尽管“电子系统冷却”模块旨在适用于大量客户，但仍有一个模块能够协助对“空间系统”(卫星以及其他“大气层外”的运载工具)进行仿真。 3.工作流——用多物理场来解决复杂性 (1)散热问题。如图6所示，将NX流体分析和NX热分析组合分析后发现，散热器的散热效果没有达到设计目标，只实现了36kW，而没有达到发动机要求的41kW。 (2)设计变更建模。利用同步建模技术，利用现有单风扇设计(包括叶片和安装子装配)快速修改，可创建一个双风扇变体，如图7所示。 (3)用流体仿真进行验证。进行进一步仿真，确保新的设计变体能够满足散热超过41kW的性能要求，如图8所示。 (4)结构仿真。进行结构与模态仿真，确保安装方案能够支持采用所需性能参数的新设计变体。(end)

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