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第一章 运动仿真基础 运动仿真是NX数字仿真中的一个模块，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、静力分析，使用运动仿真的功能赋予模型的各个部件一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系即可建立一个运动仿真模型。 1.1.1什么是运动分析 NX运动仿真模块用于建立运动机构模型，分析模型的运动规律。通过运动仿真能完成以下内容： 创建各种运动副、传动机构、施加载荷等。 进行机构的干涉分析、距离、角度测量等。 追踪部件的运动轨迹。 输出部件的速度、加速度、位移和力等图表。 1.1.2运动仿真的实现 实现运动仿真的5个基本步骤如下： 建立一个运动仿真文件（motion，后缀为sim）。 进行运动模型的构建，设置每个零件的连杆特性。 设置两个连杆间的运动副和添加载荷、传动副等。 进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，解算运动仿真。 运动分析结果的数据输出。 1.2.2执行运动分析 仿真运动机构有3种解算方案：常规驱动、关节运动和电子表格驱动，具体含义如下： 常规驱动：是基于时间的一种运动形式。机构在指定的时间和步数进行运动仿真，它是最常用的一种驱动。 关节运动：是基于位移的一种运动形式。机构在指定的步长和步数时行运动仿真。 电子表格驱动：其的功能和关节运动、常规驱动一样，使用电子表格作为某个运动副的驱动，例模型的运动按照指定的时间和动作完成。 完成解算后运动仿真模型，分析结果能以5种形式输出。 动画输出：以时间和步长的形式使模型运动起来。 图表输出：对机构仿真的结果生成直观的电子表格数据，比如：位移、速度、加速度。 填充电子表格：记录运动仿真驱动运动副时间、步数到电子表格 创建序列：控制一个装配运动仿真文件的装配和拆卸顺序。 载荷传递：以电子表格的形式分析零件在运动仿真过程中的受力情况。 名称含义： 连杆：是连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。 运动副：作用是将机构中的连杆连接在一起，并定义规定的动作，常用的运动副 如下：旋转副、滑动副、圆柱副、固定的、球面副、平面的。 传动副：作用是改变机构扭矩的大小、转速等。它包含齿轮、齿轮齿条副和线缆副3种。 约束：约束命令可以指定两对象的连接关系，它包含点在曲线上、线在线上副、点在曲面上3种类型。 连接器：连接器可以对两个零件之间进行弹性连接、阻尼连接、定义接触。 载荷：对物体施加的力，包含标量力、矢量力、标量扭矩和矢量扭矩4种类型。 运动分析：对运动仿真进行分析如:动画输出、图表输出等。 第二章 连杆、质量及材料 2.1连杆的定义 连杆（Link）是连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件。 2.1.2质量特性 2.2.1调用材料 2.2.2定义材料 第三章 运动副 运动副的作用就是将机构中的连杆连接在一起，作为一个有机整体进行运动。为了让机构做规定的动作，必须使用运动副连接协调运动。 NX运动仿真模块提供了15种类型的运动副，根据是否存在驱动和使用频率分类如下： 包含驱动：旋转副、滑动副、圆柱副。 不包含驱动：固定副、螺旋副、球面副、平面副、万向节副。 不包含驱动不常用：恒定速度、点重合、共线、共面、方位、平行、垂直。 3.2.2创建咬合连杆 连杆指定运动付后，不仅自身可以运动，有时还能伴随其他的连杆运动。此种情况称为咬合连杆。 咬合连杆注意事项如下： 不创建咬合连杆时，运动副相对地面约束运动（固定在指定点运动，不会随重力掉下)。 如果杆之间装配好，需要相对于第二个连杆运动。第二个连杆可以不指定原点和方位。 如果连杆之间没有装配好，可以勾选【咬合连杆】复选框，指定第二个连杆的原点和方位。在运动仿真动画播放时会装配在一起。 3.2.3固定副 3.2.4旋转副 3.2.5滑动副 3.2.6柱面副,可以定义两个驱动一个旋转一个平移。 3.2.7球面副 3.2.8万向节副 3.2.9平面副 3.2.10螺旋副 第四章 传动副 4.1创建传动副 传动副的作用是改变扭矩的大小、控制输出力类型等。齿轮副、齿轮齿条副、线缆副是建立在基础运动副之上的运动类型，因此传动副没有驱动可以加载。组成传动副的基础运动副分别如下： 齿轮副：由两个旋转副组成 齿轮齿条副：由一个旋转副和一个滑动副组成。 线缆副：由两个滑动副组成。 4.1.1齿轮副 齿轮副的特点如下： 齿轮副不能定义驱动，如果需要驱动可以在其他运动副上定义。 齿轮副除去了两个旋转副的一个自由度，其中一个旋转副要跟随另一个旋转副转动，因此需要定义啮合点，以确定它们的传动比。 两旋转副的轴心可以不平行，即能创建锥齿轮。 成功创建齿轮副的条件是：两个旋转副或圆柱副全部为固定的或自由的，且不在同轴的情况下才能创建齿轮。 4.1.4齿轮齿条副 齿轮齿条副的特点如下： 齿轮齿条副不能定义驱动，如果需要驱动需要在旋转副或滑动副内定义。 齿轮齿条副除去了两个运动副的一个自由度，其中一个运动副要跟随另一个运动副传动，因此需要定义啮合点，以确定它们的传动比。 4.1.6线缆副 线缆副的特点如下： 线缆副不能定义驱动，如果需要驱动需要在其中一个滑动副内定义 线缆副除去了两个自由度。 线缆副比值默认为1：1，如果为正值则两滑动副的方向一致，如果为负值则两滑动副的方向相反。 线缆副的速度和比值有关，如果比值大于1，则第一个滑动副比第二个滑动副速度快；如查比值小于1，则第二个滑动副比第一个滑动副速度快。 第5章 约束 约束命令可以指定两对象的连接关系，它包含点在曲线上、线在线上、点在曲面上3种类型。 5.1创建约束 5.1.1点在曲线上 点在曲线上特点如下： 点在曲线上不能定义驱动 点在曲线上去掉了对象的2个自由度，物体可以沿曲线移动或旋转。 点在曲线上运动必须接触，不可以脱离。 点在曲线上类型可以将不在线上的点装配在一起运动。根据对象是否为连杆一共有3种类型，具体含义如下： 固定点：点自由移动，线固定。 固定线：线自由移动，点固定。 无约束：点自由移动，线自由移动。 5.1.3线在线上 线在线上特点如下： 线在线上不能定义驱动。 线在线上去掉了对象的2个自由度，物体可以沿曲线移动或旋转。 线在线上不能定义方向，两对象之间的公线线是运动副的X轴。 线在线上运动必须接触，线与线之间的运动时始终为相切关系。 5.1.5点在曲面上 点在曲面上的特点如下： 点在曲面上不能定义驱动。 点在曲面上去掉了对象的3个自由度，物体可以沿曲面移动或旋转。 点在曲面上运动必须接触，点与曲面之间的运动时始终保持相切。 点在曲面上解算需要的时间要比其他的类型慢很多。 第6章 力的创建 6.1载荷 NX7.0的载荷包含了标量力、矢量力、标量扭矩、矢量扭矩4个命令。 6.1.1标量力 标量力是有一定大小并通过空间直线方向作用的力。 一般情况下定义标量力（或其他力）分为三个步骤： （1）选择要施加力的连杆，非连杆对象不能被选中。 （2）定义力的原点，力的方向为第二点到第一点的方向。 （3）定义力的大小，可以使用恒定或者XY函数编辑器输入值。 创建标量力的注间要点如下： 标量力的方向通过它的起点和终点推动。 如果需要使用反作用力，需要在“基本”选项卡选择第二个连杆。 标量力的方向只是代表了初始的方向，在整个运动过程中方向是不断变化的。 所有标量力、矢量力在整个分析过程中都会影响机构的运动。 6.1.3矢量力 矢量力是有一定大小和方向作用的力。与标量力一样，矢量力可以改变物体的运动状态，它和标量力的区别在于施加力的方向相对物体始终不变。矢量力一共有两种类型： 组件：不需要指定方位。以绝对坐标系为参照分别在X、Y、Z上输入力的大小，力的大小和方向通过各轴上的分力合成。 幅值和方向：需要指定方位，以确定力在对象上的方位，因此力的大小只有一项。 创建矢量力注意要点如下： 矢量力和标量力的创建在操作步骤上略有不同，不需要指出不动的原点，只需要指出施加力的点就可以了。 如果要明确力的方向请不要使用组件类型，而是使用幅值和方向。 矢量力的原点是力的作用点，需要明确的定义。 如果需要使用反作用力，需要在“基本”选项卡选择第二个连杆。 6.1.6矢量扭矩 矢量扭矩同标量扭矩一样使物体旋转运动。标量扭矩只能施加在旋转副上，而矢量扭矩则是施加在连杆上，并可以定义反作用连杆。矢量扭矩一共有两种类型： 组件：可以在一个或多个轴上定义扭矩。 幅值和方向：用户自定义一个轴上的扭矩。 6.2重力与摩擦力 在NX7.0中重力始终存在，而摩擦力则可忽略，也可开启。 6.2.1重力 6.2.2摩擦力 在NX7.0能够定义滑动摩擦力和静摩擦力。 1.滑动摩擦力 当一个物体在另一个上作相对滑动时，受到阻碍相对滑动的力为滑动摩擦力。 2.静摩擦力 滑动摩擦力是物体滑动的时候发生的，如果有力在作用于物体时，但是物体保持静止状态，此时摩擦力的大小和推力相等、方向相反，称为静摩擦力。 3.创建摩擦力 摩擦力没有专门的对话框可以执行，创建摩擦力可以在运动副、接触器等进行。 在NX7.0内摩擦力除静摩擦、动摩擦参数外还有静摩擦过渡速度、最大静摩擦变形、静摩擦系数、动摩擦系数等。它们的含义如下： 静摩擦过渡速度：当物体从静摩擦完全过渡到动摩擦时，物体的切向速度。静摩擦过渡速度默认为0.1 最大静摩擦变形：达到最大静摩擦时物体的变形量，最大静摩擦变形默认为0.01. 静摩擦系数：当物体由静止到滑动时的摩擦系数。 动摩擦系数：当物体滑动时的摩擦系数。 第7章 连接器 连接器可对零件进行弹性连接、阻尼连接、定义接触。它包含弹簧、衬套、阻尼、2D接触、3D接触。 7.1 弹性连接 弹性连接主要包含弹簧和衬套，它们都可以对作用力进行缓冲，使速度、动量等逐渐变小，在现实中可以减少对物体的变形。 7.1.1弹簧 弹簧在NX7.0中变形有两种情况：弯曲变形和扭转变形。 7.1.2弹簧力 在NX中弹簧用于施加力和扭矩，在动动仿真内能对连杆、滑动副、旋转副施加弹簧力。弹簧力是位移和刚度的函数。 1.位移 弹簧在自由状态下没有任何形变时，弹簧的作用力为零。当拉长或缩短时发生形变时，产生和位移正比的力，弹簧的形变单位如下： 拉伸弹簧：毫米（mm）或英寸（in ）。 扭转弹簧：度（degerr）或弧度（radians） 创建弹簧力并不需要创建弹簧模型，而是以符号的形式标记，它和矢量力、标量力一样只是力的一种。 2.刚度 在相同的形变下，弹簧越粗、材料性能越好它所产生的弹力就越大。弹簧粗细、材料性能可以定义弹簧的刚度，刚度越大则弹簧力越大。弹簧刚度的单位如下： 拉伸弹簧：牛顿每毫米（N/mm）或磅每英寸（lbf/in）。 扭转弹簧：牛顿毫米每弧度（N*mm/radian）或英寸磅力每度（lbf*in/radians）。 7.1.6 衬套 衬套是定义两个连杆之间的弹性关系机构对象，衬套类似于骨骼的骨关节。骨关节之间有一定的弹性和韧性，可以在一定范围内转动、拉伸和缩短。在仿真运动中衬套用于建立柔性的运动副，或给机构加一些约束、补偿自由度。 1.衬套的自由度 2.衬套的类型 衬套分为两个类型：柱坐标和常规，具体的含义如下： 柱坐标衬套：需要定义4种运动类型和刚度、阻尼系数，一共8个参数。 常规衬套：需要定义X、Y、Z的平移和旋转和刚度、阻尼、载荷系数，一共18个参数。 7.2阻尼连接 阻尼类似于摩擦力 7.2.1 阻尼 阻尼是运动机构的命令，它和一般的滑动摩擦力不同的是阻力不是恒定的。阻尼力对物体的运动起反作用力。作用务和物体运动的速度有关，方向和物体运动方向相反。 7.3 接触单元 7.3.1 2D接触 2D接触是二维平面中的接触命令，它的约束与线在线上副命令一样，比线在线上副更能精确地描述机构的运动，能定义摩擦、阻尼等，甚至还允许分离。2D接触的参数比较多，具体含义如下： 刚度：物体穿透材料所需要的力，刚度越大材料硬度越大。 力指数：用于计算法向力，ADAMS解算器会使用力指数计算材料的刚度对瞬间法向力的作用。力指数必须大于1，对于钢一般给定在1.1～1.3. 材料阻尼：代表碰撞中负影响的量。材料阻尼必须大于等于零，值越大物体跳得越小。 穿透深度：用于计算法向力。定义解算器达到完全阻尼系数时的接触穿透深度。此值必须大于零，但是值很小，0.001左右。 接触曲线属性：系统在每个迭代中检查的点数，软件会在下方显示曲线划分的点数，设置时一般不要大于显示的值。 7.3.3 3D接触原理 3D接触是运动仿真中的一个特征，它可以创建实体与实体之间的接触。一个物体和多个物体碰撞或接触生成的接触力和运动响应，由5个因素决定： 接触物体的刚度。 力指数 穿透深度 阻尼 摩擦 1.接触力原理 阻尼：它对接触运动的响应起负作用。阻尼由用户定义，它作为穿透的函数逐渐起作用。当穿透深度为零时，阻尼也为零。当穿透深度为最大时，阻尼也为最大。 摩擦：摩擦对接触表面之间的滑动或滑动趋势起阻碍作用。在接触的瞬间，静摩擦作用在接触表面，物体运动后为动摩擦。 2.接触参数 刚度：可以简单认为是抗变形的能力。钢和钢接触为10的7次方。 穿透深度：穿透深度是接触力F(contact)=k*xe的重要参数，它是允许物体进入接触面的深度。通常设为0.01. 力指数：力指数E是接触力的其中一个参数，使接触力的响应为非线性变化。指数小于1，降低接触力和运动响应；指数大于1，增加接触力和运动响应。 阻尼：阻尼力对接触运动响应为负作用，软件不默认分配阻尼系数。常设为刚度的0.1%。 第8章 仿真结果输出 本章将介绍仿真模型的运动分析结果输出。比如：运动的速度、受力等，输出的形式有：直观的模型动画、参数的曲线变化图表等。 8.1动画分析 仿真运动机构有3种解算方案：常规驱动、关节运动和电子表格驱动。 8.1.1常规驱动 常规驱动是基于时间的一种运动形式。机构在指定的时间和步数进行运动仿真，它是最常用的一种驱动。要执行常规驱动，必须在运动副内选择以下4种运动类型： 无：没有外加任何驱动到运动副，也是软件默认的选项。 恒定：运动副的运动（旋转或移动）参数为恒定状态，比如位移、速度、加速度。 简谐：简谐运动产生的周期性正弦运动。 函数：使用XY函数编辑器定义的复杂驱动方程。 8.1.2关节运动 关节运动是基于位移的一种运动形式。机构在指定的步长（旋转角度或直线距离）和步数进行动画分析。要执行关节运动，必须在运动副驱动内选择关节运动类型。 8.1.3电子表格驱动 当机构使用常规驱动或关节驱动解算后，NX内部记录每个时间对应的驱动（角度或位移）的变化数据。如果需要可以把驱动的数据输出为电子表格，进行分析或修改等。这此数据在解算时可以直接利用电子表格驱动模型。 8.1.4静力平衡 静力学是研究物体静止状态的学科。静力学研究的对象是物体上的作用力和为零，物体可以是永久不动或有运动趋势，具体包含以下物体的运动状态： 永久静止的物体。 处于静止状态，但是有运动趋势的物体。 匀速运动的物体中某一结构的瞬间分析。 8.1.5求解器参数 NX内置了两种求解器，ADAMS求解器和RccurDyn求解器。其中RccurDyn求解器为NX默认，使用不同的求解器对应的参数也就有所不同。 常见的求解器参数含义如下： 最大步长：用于控制积分和微分方程的dx因子，步长越小精度越高。 最大求解误差：用于控制求解结果和微分方程的误差，误差越小精度越高。 最大迭代次数:用于控制求解器的最大迭代次数。初始步长：用于控制RccurDyn求解器积分的初始步长大小。 N-R：用于控制Newton-Raphson积分器的属性。 鲁棒N-R：用于提高Newton-Raphson的属性。 8.2电子表格 电子表格驱动的功能和关节运动、常规驱动一样可以作为某个运动副的驱动，使仿真模型的运动按照指定的时间和动作完成。电子表格不仅提供驱动信息，还是交换式的，可以根据需要修改电子表格，更新模型的运动。 8.2.1电子表格和系统平台 使用电子表格驱动模型后，观察电子表格有以下几种方式： 打开电子表格所在位置 在电子表格驱动对话框，单击图标。 8.2.2创建和编辑电子表格 1.创建电子表格 2.编辑电子表格 8.2.3电子表格驱动模型 8.3图表输出 8.3.1 NX图表输出 1.创建位移图表 2.创建速度图表 3.创建加速度图表 4.创建力图表 8.3.2电子表格输出 8.4创建照片与视频 第9章 机构检查 进行运动仿真的目的，不仅是让机构运动起来，还要保证运动机构的合理性，比如是否有干涉、运动幅度够不够等。 理解机构检查对运动机构是否合理的重要性。 熟练使用封装选项的三大命令。 学会使用标记、智能点，并输出它们的图表。 9.1封装选项 封装选项包含三大检查工具：干涉检查、测量和机构跟踪。 9.1.1干涉检查 干涉命令可以检查运动机构中选定对象每一步存在的碰撞，可帮助排除运动机构存在的缺陷，干涉以3种类型显示存在碰撞的结果： 高亮显示：发生干涉时对象高亮显示，显示的颜色默认为红色，在UG NX里面两物体面接触也算为干涉，请注意区分。 创建干涉实体 显示相交曲线。 9.1.2 测量 测量命令可以测量两对象之间的距离和角度，并实时显示尺寸。测量命令甚至可以创建安全尺寸，当物体运动到安全尺寸时发生报警、暂停。测量相关参数含义如下： 最小距离 角度 大于：当物体运动的测量值大于安全尺寸时，测量事件发生。 小于：当物体运动的测量值小于安全尺寸时，测量事件发生。 目标：当物体运动的测量值等于安全尺寸时，测量事件发生。 事件发生时停止：当测量事件发生时，运动仿真机构停止。 9.1.3 追踪 追踪命令可以复制模型在某个位置的备份，通过追踪可以记录机构重要的动作或对比模型之间的区别。追踪命令不仅可以手动追踪在某一时刻的模型备份，还可以自动追踪在每一步时模型备份。具体的含义如下： 追踪：复制指定物体在每一步的模型 追踪当前位置：复制指定物体在某一时刻的模型。 追踪整个机构：复制整个机构在某一时刻的模型。 9.2标记 标记功能通常和追踪、测量一起使用，它有3个命令：标记、智能点和传感器。通过标记可以创建某一点的位移、速度和加速度图表，甚至可以构成运动轨迹的点集。 9.2.1 标记 标记是定义在连杆上的某个点，标记和智能点相比有明确的方向定义。标记的方向特性在复杂的动力学分析中特别有用，比如分析连杆的速度、位移等。 9.2.2 智能点 智能点是没有方向的点，实质上和普通的点功能几乎一样。它能依附连杆，也不能和标记一样输出图表，使用时和普通点的用法一样。把智能点加入到连杆，然后追踪智能点，生成轨迹。 9.2.3 传感器 传感器是图表输出的一种快速标记，传感器可以检查物体的速度、位移、加速度和力。它的优点在于可以参照任何物体检查数据，输出图表时不需要在设置图表参数。要先建立要测量的标记，然后传感器里面选相对，两个标记的位移与速度。 9.2.4 剪式千斤顶 第10章 XY函数编辑器 运动仿真应用模块中，通过XY函数编辑器可以定义复杂的函数控制位移、速度、加速度和力。XY函数编辑器分为：数学函数、AFU格式的表两大类。 10.1 运动函数 运动函数是基于时间的复杂数学函数，通过XY函数管理器调用。运动函数可以定义运动驱动、施加力、扭矩等所需函数。常用的运动函数包含：简谐运动函数、阶梯函数、多项式函数。XY函数编辑器的用途如下： 一般：创建一个用于一般用途的函数。 运动：创建一个用于运动仿真应用模块的函数。 响应仿真：创建一个用于响应仿真应用模块的激励函数。 10.1.1多项式函数 多项式函数PLOY(x, x0, a0, a1, ..., a30),可以创建光顺变化的函数值，主要用于递增或递减的速度或加速度上。它的方程定义如下： 其方程各参数含义如下： X是自变量，一般是时间（time），可默认不设置。 X0是多项式的偏移量，可定义为任何常数。 a1, ..., a30是多项式的系数，系数越大函数值越大。 如：POLY( x, 0, 0, 1, 30) 10.1.2 简谐运动函数 简谐运动函数SHF(x, x0, a, w, phi, b),它的波形为正弦波，主要用于摇摆机构上。简谐运动函数的方程定义如下： SHF=a*sin(w*(x-x0)-phi)+b 其方程各参数含义如下： X是自变量，一般是时间（time)，可默认不定义。 X0是自变量的相伴位偏移。 a为振幅，振幅越大值越大。 w为频率。 phi为正弦函数的相位偏差。(第一次的偏移） b为平均位移。（中心线的偏移） 如：SHF(x, 0, 45, 10, 0, 0) 10.1.3 间歇函数 间歇函数STEP(x, x0, h0,x1, h1),主要用于复杂时间控制运动机构上。间歇函数的方程定义如下： 其方程各参数含义如下： X是自变量，可以是time或time的任一函数。 x0是自变量的STEP函数开始值，可以是常数或函数表达式或设计变量。 x1是自变量的STEP函数结束值，可以是常数、函数表达式或设计变量。 h0是STEP函数的初始值，可以是常数、设计变量或其他函数表达式。 h1是STEP函数的最终值，可以是常数、设计变量或其他函数表达式。 如：STEP(x, 0, 0, 1,75),意思是在0秒运动0mm,在1秒运动75mm。 10.2 AFU格式表 软件将表XY函数存储为函数的辅助数据文件（AFU)格式，可以将有关表函数存储到一个或多个AFU文件。AFU格式表能生成比运动函数更加复杂的函数，创建AFU格式表的类型如下： 在文本编辑器中手工输入数据点。 在电子表格中手工输入数据点。 在图表栅格上选择数据点。 从另一个选定函数选择数据点。 从当前绘出在图表窗口的另一个函数选择数据点。 随机生成数据点（基于用户输入的参数）。 使用波形扫掠来生成数据点。 使用现有数学函数来生成数据点。 10.2.1 对话框选项 XY函数编辑器能定义特定函数的属性，可以输入某些数据将填充到编辑器，XY函数编辑器，创建AFU格式表有3个步骤： 1.ID ID的含义是输入函数的标识符信息，它在运动仿真一般默认不动。其选项卡含义如下： 对于节点响应函数，响应值显示了节点ID及请求该响应的方向。对于模态响应函数，这些值显示了模态类型（柔性体模态的MFLX）和模态ID。 指出函数的载荷工况。 坐标系：指出函数坐标系，使用代表坐标系的数字。 ID行第1行允许你输入或修改函数的标题。 2.坐标系 坐标系选顶卡是定义与X轴相关联的属性，其中横坐标的间距下拉列表框使用最为频繁，具体含义如下： 等距：横坐标以恒定增量增加。 非等距：指定软件认为每个横坐标值都是听唯一的。 序列：按顺序显示X轴数据并按顺序标记X轴值，不论实际X值如何。软件以递增方式将每个值放置在图表的X轴上，而不用X值替代X轴的位置。 3.XY数据 输入或生成函数的XY数据，也就是所讲解的创建AFU格式表方法。根据坐标系间距的定义不同，创建的方法也有所不同。使用等距可以创建AFU格式表的类型有： 在文本编辑器中手工输入数据点。 在电子表格中手工输入数据点。 在图表栅格上选择数据点。 从另一个选定的函数选择数据点。 随机生成数据点（基于用户输入的参数） 使用波形扫掠来生成数据点。 使用现有数学函数来生成数据点。 10.2.2 使用随机数字 使用AFU格式表的随机数字类型能产生毫无规律的波形。 10.2.3 执行波形扫掠 使用AFU格式表的波形扫掠能提供常见波形，波形的频率不仅可以设置，而且在同一个波形内频率可以变化。波形扫掠一共有4种类型： 正弦波扫掠 余弦波扫掠 正方形波扫掠 已过滤正方形波扫掠 10.2.4 从栅格数字化 10.2.5 从数据（绘图）数字化 从数据（绘图）数字化类型能编辑原AFU格式表，创建新的波形，因此它可以很容易继承原波形，具体含义如下： 从数据数字化：在原AFU记录表上选择某个表，进入图表创建新的波形。 从绘图数字化：如果绘图区存在图表，则以原图表创建新的波形。如果没有图表，则不可以创建。从绘图数字化和从数据数字化相比少一个选择表的步骤。 使用从数据数字化类型创建AFU格式表的步骤如下： （1）单击【新建】工具按钮，打开“XY函数编辑器”对话框 （2）单击坐标系图标，打开【XY数据创建】选项卡。 （3）单击【间距】下拉列表框，选择非等距类型。 （4）单击XY数据图标，打开【XY数据创建】选项卡 （5）单击从数据数字化图标 （6）选择某个AFU格式的表 （7）单击“AFU记录选择”对话框【确定】工具按钮，打开“拾取值”对话框。 （8）在NX绘图区，可以在原正弦线上创建控制点绘制新的曲线 （9）单击“拾取值”对话框按钮，完成栅格数字化波形的创建。 （10）单击“XY函数编辑器”对话框的【确定】工具按钮，选择栅格数字化波形。 10.2.6 从文本（电子表格）编辑器键入 10.3 实例------料斗运动 第11章 模型优化 模型优化是设计产品最关键的一步。当运动仿真分析结果不满足预期结果时，对模型进行优化，达到用户的要求。 11.1实例------起重机模型优化 11.1.1定义载荷 第12章 动力学分析综合实例 12.1 实例------注塑模 12.2 实例------落地扇 第2篇 有限元分析篇 本篇主要介绍ug nx7.0有限元分析的一些基础知识和操作实例，包括模型分析准备，建立有限元模型，有限元模型的编辑，分析和查看结果，球摆分析综合实例等知识。 第13章 有限元分析准备 本章主要介绍建立有限元分析模型前的相关准备工作，具体包括：分析模块的选择，分析模型的建立，分析环境的设置和模型的预处理。 13.1分析模块的介绍 在UG NX系统的高级分析模块中，首先将几何模型转换为有限元模型，然后进行前置处理包括赋予质量属性，施加约束和载荷等，接着提交解算器进行分析求解，最后进入后置处理，采用直接显示资料或采用图形显示等方法来表达求解结果。 该模块是专门针对设计工程师和对几何模型进行专业分析的人员开发的，功能强大，采用图形应用接口，使用方便。具有以下4种特点： 图形接口，交互操作简便。 前置处理功能强大：在UG系统中建立模型，在高级分板模块中可以直接转化成有限元模型并可以对模型进行简化，忽略一些不重要的特征；可以添加多种类型载荷，指定多种边界条件，采用网格生成器自动生成网格。 支持多种分板求解器，NX.NASTRAN,NX热流，NX空间系统热，MSC.NASTRAN,ANSYS和ABAQUS等，及多种分析解算类型包括结构分析、稳态分析、模态分析、热和热-结构分析等。 后置处理功能强大：后置处理器在一个独立窗口中运行，可以让分析人员同时检查有限元模型和后置处理结果，结果可以以图形的方式直观地显示出来方便分析人员的判断，分析人员也可以采用动画形式反映分析过程中对象的变化过程。 13.2 有限元模型和仿真模型的建立 13.3求解器和分析类型 13.3.1求解器 UG NX有限元模块支持多种类型铁解算器这里简要说明主要的3种： “NX.Nastran和MSC.Nastran”：Nastran是美国航空航天局推出的大型应用有限元程序，其卓越的功能在世界有限元方面受到重视。使用该求解器，求解对象的自由度几乎不受数量的限制，在求解各方面都有相当高的精度。其中包括UGS公司开发的NX.NASTRAN和MSC公司开发的MSC.NASTRAN。 “ANSYS":ANSYS求解器是由世界上最大的有限元分析软件公司之一ANSYS公司开发的，ANSYS广泛应用于机械制造，石油化工，航空，航天等领域，是集结构，热，流体，电磁和声学与一体的通用型求解器。 "ABAQUS":ABAQUS求解器在非线性求解方面有很高的求解精度，其求解对象也很广泛。 13.3.2 分析类型 UG NX 的分析模块主要包括以下分析类型： “结构”（线性静态分析）：在进行结构线性静态分析时，可以计算结构的应力，应变，位移等参数：施加的载荷包括力、力矩、温度等，其中温度主要计算热应力；可以进行线性静态轴对称分析（在环境选中轴对称选项）。结构线性静态分析是使用最为广泛的分析之一，UG NX根据模型的不同和用户的需求提供极为丰富的单元类型。 “热”（稳态热传递分析）：稳态热传递分析主要是分析稳定热载荷对系统的影响，可以计算温度、温度梯度和热流量等参数，可以进行轴对称分析。 “轴对称分析”表示如果分析模型是一个旋转体，且施加的载荷和边界约束条件仅作用在旋转半径或轴线方向，则在分析时，可采用一半或四分之一的模型进行有限元分析，这样可以大大减少单元数量，提高求解速度，而且对计算精度没有影响。 13.4模型准备 13.4.1理想化几何体 13.4.2 移除几何特征 13.4.3 分割模型 13.4.4 中面 UG NX系统提供3种产生中面的方法 面对：通过指定实体的内表面和外表面，产生中面。 偏置：通过指定实体表面，设置中面离指定面的距离比值，生成中面。 自定义主法：根据需要为实体指定一个中面。 13.4.5 缝合 缝合操作有两种缝合类型： “片体”：将两个或多个片体缝合成一个片体。 “实体”：将两个或多个实体缝合成一个实体。 13.4.6 分割面 第14章 建立有限元模型 本章主要介绍如何为模型指定材料属性，添加载荷，约束和划分网格等操作。通过对本章的学习基本掌握有限元分析的前置处理部分。 熟悉材料属性和载荷，边界条件的生成。 掌握实体模型的网格划分。 14.1 材料属性 材料的物理性能分为4种：各向同性，各向异性，正交各向异性和流体。 各项同性材料：在材料的各个方向具有相同的物理特性，大多数金属都是各项同性的。 常用物理参数分别有密度，杨氏模量，泊松比等， 正交各项异性材料：该材料是用于壳单元的特殊各向异性材料，在模型中包含3个正交的材料对称平面，在UG NX中列出正交各项异性材料常用物理参数表格。 正交各向异性材料主要常用的物理参数和各项同性材料相同，但是由于正交各向异性材料在各正交方向的物理参数不同，为方便计算列出了材料在3个正交方向（X，Y，Z）的物理参数值，同时也可根据温度不同给出各参数的温度表值，建立方式同上。 各项异性材料：材料各个方向的物理特性都不同，在UX NX中列出各项异性材料物理参数表格。 流体：在做热或流体分析中，会用到材料的流体特性，系统给出了液态水和气态空气的常用物体特性参数， 在系统数据库中有多种材料类别这里介绍3种： 金属：系统给出的金属材料都是各项相同性材料，共有31种。 塑料：系统给出的塑料材料都是各项相同的材料，共有13种。 其他：系统给出的其他材料中包括一种各项相同性材料和两种流体材料特性。 材料属性定义操作步骤如下 注意：在有限元模型中才能添加材料属性，有限元模型系统默认名称：model1_fem1.fem. 14.2 添加载荷 在UG NX高级分析模块中载荷包括力，力矩，重力，压力，边界剪切，轴承载荷，离心力等，可以将载荷直接添加到几何模型上，载荷与作用的实体模型关联，当修改模型参数时，载荷可自动更新，而不必重新添加，在生成有限元模型时，系统通过映射关系作用到有限元模型的节点上。 14.2.1 载荷类型 载荷类型一般根据分析类型的不同包含不同的形式，在结构分析中常包括以下形式： 力：力载荷可以施加到点，曲线，边和面上，符号采用单箭头表示 法向压力：法向压力载荷是垂直施加在作用对象上的，施加对象包括边界和面两种，符号采用单箭头表示。 重力：重力载荷作用在整个模型上，不需用户指定，符号采用单箭头在坐标原点表示。 压力：压力载荷可以作用在面，边界和曲线上，和正压力相区别，压力可以在作用对象上指定作用方向，而不一定垂直于作用对象的，符号采用单箭头表示。 力矩：力矩载荷可以施加在边界，曲线和点上，符号采用双箭头表示。 边缘剪切：边缘剪切只能施加在边界上，沿边的切向作用压力载荷，符号采用单箭头表示。 轴承载荷：轴承载荷是指作用在一段圆弧面或圆弧边界上的载荷，且在作用对象上分布不均匀，是一种变化的载荷，变化规律可以按正弦规律变化也可以按抛物线规律变化。在为对象添加该载荷时，需指定最大载荷的作用点和作用范围的角度。符号采用单箭头表示。 离心力：离心力作用在绕回转中心转动的模型上，系统默认坐标系的Z轴为回转中心，在添加离心力载荷时用户需指定回转中心与坐标的Z轴重合。符号用双箭头表示。 温度载荷：温度载荷可以施加在面，边界，点，曲线和体上，符号采用单箭头表示。 热膨胀：热膨胀载荷主要用于热分析和热结构分析中，施加对象包括面和边界，符号采用单箭头表示。 14.2.2 载荷添加矢量 在多数载荷添加过程中，都会同时定义载荷添加方向，UG NX系统提供5种载荷方向定义方式： XYZ分量：按XYZ直角坐标系定义各方向载荷分量大小。 RTZ分量：按RTZ圆柱坐标系定义各分量载荷大小。 RTP分量：按RTP球坐标系定义各分量载荷大小。 垂直于：添加的载荷垂直于作用对象上。 沿边界：添加的载荷分别沿边界3个分量Ft、 Fn、 Fs，分别表示沿边界的切线方向，边界所在面的法线方向和与前述两方向垂直并指向模型内部方向。 14.2.3载荷添加方案 在建立一个加载方案过程中，所有添加的载荷都包含在这个加载方案中。当需在不同加载状况下对模型进行求解分析时，系统允许提供建立多个加载方案，并为每个加载方案提供一个名称，也可以自定义加载方案名称。也可以对加载方案进行复制，删除操作。添加载荷操作步骤如下： 14.3边界条件的加载 边界条件是用来限制自由度的， 14.3.1边界条件类型 常用边界类型有5种：移动/旋转、移动、旋转、固定温度边界、自由传导。后两者主要用于温度场的分析。 14.3.2 约束类型 在为约束对象选择了边界条件类型后，UG NX系统提供了标准的约束类型。共有以下几类： 用户定义的约束：根据用户自身要求设置所选对象的移动和转动自由度，各自由度可以设置成为固定，自由或限定幅值的运动。 强迫位移约束：可以为6个自由度分别设置一个运动幅值。 固定约束：选择对象的6个自由度都被约束。 固定移动约束：3个移动自由度被约束，而转动副都是自由的。 固定转动约束：3个转动自由度被约束，而移动副都是自由的。 简单支撑约束：在选择面的法向自由度被约束，其他自由度处于自由状态。 销钉约束：在一个圆柱坐标系中，旋转自由度是自由的，其他自由度被约束。 圆柱约束：在一个圆柱坐标系中，根据需要设置径向长度，旋转角度和轴向高度3个值，各值可以分别设置为固定，自由和限定幅值的运动。 滑块约束：在选择平面的一个方向上的自由度是自由的，其他各自由度被约束。 滚子约束：对于滚子轴的移动和旋转方向是自由的，其他自由度被约束。 对称约束和反对称约束：在关于轴或平面对称的实体中，用户可以提取实体模型的一半，或四分之一部分进行分析，在实体模型的分割处施加对称约束或反对称约束。 14.4 划分网格 划分网格是有限元分析的关键一步，网格划分的优劣直接影响最后的结果，甚至会影响求解是否能完成， 14.4.1 网格类型 在UG NX高级分析模块包括零维网格，一维网格，二维网格，三维网格和连接网格五种类型，每种类型都适用于一定的对象。 零维网格：用于指定产生集中质量单元，这种类型适合在节点处产生质量单元。 一维网格：一维网格单元由两个节点组成，用于对曲线，边的网格划分。 二维网格：二维网格包括三角形单元，四边形单元，适用于对片体，壳体实体进行划分网格。注意在使用二维网格划分网格时尽量采用正方形，这样分析结果比较精确；如果无法使用正方形网格，则要保证四边形的长宽比小于10；如果是不规则四边形，则就保持四边形的各角度在45o～135o之间；在关键区域应避免使用有尖角的单元，且避免产生扭曲单元，因为对于严重的扭曲单元，UG NX的各解算器可能无法完成求解。在使用三角形单元划分网格时，应尽量使用等边三角形单元。还应尽量避免混合使用三角形和四边形单元对模型划分网格。 三维网格：三维网格包括四面体单元,六面体单元。10节点四面体单元是应力单元，4节点四面体单元是应变单元，后者刚性较高，在对模型进行三维网格划分时，使用四面体单元就优先采用10节点四面体单元。 连接网格：连接单元在两条接触边或接触面上产生点到点的接触单元，适用于有装配关系的模型的有限元分析。UG NX系统提供焊接，边接触，曲面接触和边面接触四类接触单元。 14.4.2 零维网格 零维网格用于产生集中质量点，适用于为点，线，面，实体或网格的节点处产生质量单元，可以在“单元属性”栏下选择单元的属性，可以通过设置单元大小或数量，将质量集中到指定的位置。 14.4.3一维网格 一维网格定义两个节点的单元，是沿直线或曲线定义的网格。 14.4.4 一维单元截面 对于采用一维网格划分的梁，杆等，在有限元模型的建立过程中可以通过定义实常数的方式描叙梁，杆的截面，或通过一维单元截面操作定义截面。 14.4.5 二维网格 对于片体或壳体常采用二维网格划分单元， 14.4.6 3D四面体网格 3D四面体网格常用来划分三维实体模型。 14.4.7 3D扫描网格 在UG NX高级分析模块中，若实体模型在某个截面在一个方向保持不变或按固定规律变化，则可采用3D扫描网格为实体模型划分网格。 14.4.8 接触网格 接触网格是在两条边上或两条边的一部分上产生点到点的接触。 14.4.9 曲面接触网格 曲面接触网格常用于装配模型间各零件装配面的网格划分。 14.5 创建解法 创建解法包括解法，耐久解法方案和步骤-子工况3部分。 14.5.1 解算方案 根据用户需要和第13章介绍，选择解法的名称，解算器，分析类型和解法类型等。一般根据不同的解算器和分析类型，解算方案类型有4类：一般采用自动由系统选择最优算法。 14.5.2 耐久性解算方案