NX CAE前/后处理调用ANSYS解算器的方法和计算结果的对比

导读：大家好，我是沈老师，机械制造及其自动化专业，博士/正高/硕士生导师，一直从事CAD/CAM/CAE/CNC的教学、培训和工程应用工作。先后主持或者作为课题组主要成员承担并完成国家科技重大专项子课题2项、国家自然基金2项、企业合作课题18项，已通过省级鉴定项目4项，获省部级科技进步奖3项，发表科技论文60余篇，主编教材/著作20部。熟悉Ansys、Abqus等工程主流软件，擅长（UG）NX CAE的教学、培训和工程应用，主编NX CAE著作3本，在网络上公开发表相关专题培训资料60多篇。

前不久，我注册了仿真秀讲师，并陆续在仿真秀带来NX CAE教学课程、培训和工程应用咨询服务。目前上架4套精品课，为订阅用户提供知识圈答疑和NX CAE交流群，抱团一起学习软件操作，有限元理论和行业应用经验 ，如有不当欢迎同行和专家批评指正，详情见后文。

一、写在文前

据笔者多年来教学和培训过程中的观察和交流得知：CAE初学者最大的不自信就是对计算结果是否准确心存疑虑，在没有实验和测试验证的条件下，如何将自己的计算过程和结果进行对标呢？就此问题建议如下：

1、以经典教材中的习题作为练习题，通过CAE计算将结果和习题答案进行比较，一般这类习题内容和结构比较简单，但通过这类基础的练习可以很好地检测自己的CAE操作流程是否合理和熟练。

2、欲提高CAE水平则尽量多掌握一些市面上多款主流软件，这样采用一款软件对某个结构进行分析，可以将计算结果和另外一款软件计算结果进行对比，当然两者的材料属性、单元形状、边界条件和解算方案基本参数应该一致，这样才有可比性。

3、在没有实战项目的前提下，可以搜集专业期刊上的论文，以此建模和分析并将计算结果进行对比，当然论文中的模型和边界条件非常复杂，可以适当进行简化，这样计算结果的趋势和基本结论，能够和论文基本相符，那么也不失为一种很好的模拟实操方法。

4、如果英文底子较好，可以查看软件帮助文件中的案例教程和验证手册，直接下载源模型并以此进行操作和计算，将计算结果和它提供的标准答案进行对比。

如图1所示为计算模型，材料为钢，密度为7850kg/m3，弹性模量为200Gpa，泊松比为0.3，单元为3D六面体（扫掠体），单元大小为2.5mm，左端面全部固定，右端面承受10000N向外的拉力，计算其最大的变形和冯氏应力（平均值）。

3、计算方案

为了更全面体现NX和Ansys计算结果及其对比，本文 做了3个计算方案，方案1是采用NX1899建模、前/后处理但解算器为Ansys2020R2，方案2是采用NX1899建模、前/后处理但解算器为其自带的SimcenterNastran（解算类型为SOL101线性静态），方案3是采用Ansys2020R2 Workbench中的DM进行建模并采用Static Structural功能模块，这三个方案计算结果类型和评判指标一样，即最大变形量和最大冯氏应力。另外考虑计算规模不大，不考虑各种方案求解所需的时间。

2、方案2计算结果

采用NX前后处理解算器为SimcenterNastran，单元类型为CHEXA(8)的最大变形和最大冯氏应力云图如图6和7所示，单元类型为CHEXA(20)的最大变形和最大冯氏应力云图如图8和9所示。

3、方案3计算结果

采用AnysWorkbench平台解算器为Static Structural、单元类型为系统默认的扫掠体单元，其计算得到的最大变形和最大冯氏应力云图如图10和11所示。

四、比较与说明

将3个方案的计算结果列表1如下并进一步对比，可以得到有关结论：各个方案（包括解算器类型和单元类型）对计算结果中的变形量影响不大，但对应力值有所影响，可见在相同工况条件下单元类型（包括节点数）是影响应力计算精度的重要原因。

本文无意、也不在于探究NXCAE和Ansys性能（功能、求解精度和求解时间等）的高下之分，而是通过针对同一个模型完成的求解过程及其计算结果的对比，去理解对计算精度有所影响的一些因素，从而获得学习和提高CAE软件实操能力一个途径和经验。

五、我的NX CAE系列视频教程

NX（以前称为UG）是Siemens PLM Software （西门子产品生命管理软件）中集成了计算机辅助设计、工程和制造（CAD/CAM/CAE）和功能强大的设计、制造和分析工程软件，提供了从概念到制造整个流程的数据管理的优化工具，通过虚拟和仿真来精确评估产品性能和可制造性，是企业提高数字化产品开发效率的重要工具。

其中NX CAE（也称为NX仿真，主要指有限元分析功能）提供了全球领先的CAD/CAE集成的前/后处理器和面向产品数字化开发的数据管理平台，具有线性有限元、非线性有限元、边界元技术、多体动力学、疲劳仿真、热/流体动力学、声学、多物理场及其优化的多学科仿真功能。

相对于其他CAE软件，NX CAE的优势为：一是NX CAE是CAD/CAE完美集成的设计分析软件，功能强大，可以完成从概念设计、模型设计到分析的所有过程。二是NX CAE提供了业界公认的结构分析最好的有限元求解器NX Nastran（源自MSC.Nastran，目前是Simcenter Nastran）和全球领先的一体化仿真平台Simcenter 3D。三是NX CAE操作流程简洁，界面友好（中文界面），具有NX（UG）CAD操作和力学知识的基础，稍加学习即可快速掌握和应用该软件的基本功能。

视频课程计划逐步推出80个教学课件，从操作流程介绍开始，逐步介绍相关理论基础、概念、术语、命令、参数、高级模块功能和专题案例，最后通过工程实例的演示，让学习者快速入门和逐步提高软件操作技能和工程实战能力。   

2、NX CAE入门提高操作流程专题

该章为本系列课程的第1章，包括11个操作流程的介绍，为后续模型预处理、网格划分、后处理等章节的学习打下牢固的基础。为订阅用户提供知识圈答疑和订阅用户交流群服务，共享NX CAE有限元分析理论、软件和行业应用。

以下是课程安排

用户得到

• 全面掌握NX CAE操作流程和应用方法，快速入门。

• 大量教学和工程案例，有助于提高实战能力；

• 课程体系全面、有序和完整，帮助学习者自学成才。

• 为付费用户提供订阅用户交流群和知识圈答疑服务

适合哪些人学习

• 使用UG NX软件的结构工程师；

• 本科、高职院校UG NX软件学习者；

• 具有NX CAE基础的企业工程师。