沈老师：共筑一套NX CAE工程仿真学习路线和知识体系

导读：自4月入驻仿真秀平台以来，我的《NX CAE入门与提高系列教程》已更新到第8章传热和热效应分析，目前总时长已超过16小时，预计在9月前录制好一套NX CAE学习路线和知识体系，给理工科学子和学习型仿真设计工程师提供一条学习和提升NX CAE分析能力的捷径。前不久，我的原创《NX CAE前/后处理调用ANSYS解算器的方法和计算结果的对比》引发了工程师朋友们关注。今天我想和大家继续聊聊，采用NX CAE求解经典教材中的习题和对比过程。

一、背景介绍

如图1所示为经典材料力学教材中一个分析桁架结构受力的习题，有很好的示教性和启发性，其中A为坐标系（xy平面）原点，是固定的，B点是活动铰，可以沿水平移动，受力情况是：FE=10KN，FG=7KN，FF=5KN，各杆长度均为1m，试求杆1和杆2的内力。

图1 桁架结构受力图

该习题通过理论公式的计算可以得到答案：F1=-8.726KN、F2=12.32KN，具体解题过程和步骤不再赘述。

下面采用NX CAE方法依次建立模型、建立静力学（SOL101线性静态）方案和进行求解，将求解结果和理论值进行对比。

根据CAE操作流程和参数设置的基本要求，在不影响计算结果的前提下，需要作以下两个假设：一是桁架材料为Steel（NX前/后处理提供的一种默认材料，其弹性模量和泊松比均可查询）；二是桁架截面为圆，直径为10mm（其他截面和尺寸均可，不影响仿真计算结果）。

二、主要操作步骤

1、建立线框模型

利用NX草绘图方法建立如图2所示表达如图1所示桁架结构的线框模型（取名为桁架），也可以利用NX空间直线命令建立该线框，进一步利用PMI功能标注相关尺寸。

说明一下，可以构建AB整段直线，也可以依次建立AE、EC、GB三段直线，推荐使用后一种方法，有利于后续进行1D网格划分的操作。为了一般性，本案例构建了AB和CF两个整段直线。

2、建立有限元模型

（1）进入NX前/后处理模块，新建Fem（有限元）文件并激活几何体选项中的草图曲线（如果线框为空间直线，则激活几何体选项中的直线），进入Fem操作界面，定义1D梁单元截面为圆（ROD）并定义其半径为5mm，取名为圆截面，如图3所示。  

图3  梁截面对话框

图4  1D网格对话框

（2）启用1D网格，选择AC直线，单元类型切换为CBAR，单元数量为10，并激活合并节点并点击【应用】，如图4所示，同时可以观察到仿真导航器窗口出现了从属关系的1D收集器\Bar Collector(1)\1d_mesh(1)三个节点，按此操作依次划分其他杆CE、ED、DG、GF和FB为1D梁（棒）单元，其中它们均分享一个网格属性Bar Collector(1)，原因是各杆具有相同的截面和材料属性。同样的操作方法依次对CF杆进行1D梁网格划分，单元数量为20、对AB杆进行1D梁网格划分，单元数量为30，它们分享网格属性Bar Collector(1)。

（3）在仿真导航器窗口可以看到如图5所示依据操作生成的数据节点，启用【独立显示和隐藏节点】命令，出现如图6所示的显示出节点的桁架结构的网格。

（4）双击Bar Collector(1)节点弹出【网格收集器】对话框，点击【编辑】并在弹出对话框中关联上述定义好的【圆截面】，进一步打开材料库选中Steel并确认。

图6 显示节点桁架结构网格

（5）启用检查功能中的【重复节点】命令并弹出对话框，框选所有节点并点击对话框中【合并节点】命令，这样就完成了构建Fem文件的所有操作，当然如有必要可以查询下整个模型中的单元和节点数量。

重要提示：如果没有完成重复节点的操作，那么求解后会出现【未找到结果】这类无解的提示信息。

3、建立仿真模型

（1）新建Sim（仿真）文件并随之弹出【解算方案】对话框，默认求解器为Simcenter Nastran、解算类型为SOL 101线性静态-全局约束，编辑【工况控制】中的【输出请求】选项，激活力（启用FORCE请求）和节点力（启用GPFORCE请求）两个选项。提示，如果不激活这两个选项，求解后无法得到应力、梁合力、节点力和节点反作用力等结果类型。

（2）启用约束类型中的【用户定义约束】并打开其对话框，过滤器切换为【节点】，选中A点，将自由度DOF1至DOF6全部设为【固定】（当然桁架为平面结构，限制DOF1、DOF2和DOF6这三个自由度即可）；选中B点，将自由度DOF1设为【自由】（代表了X方向，即水平方向的移动自由度），其他自由度设为【固定】，如果仔细观察，A点和B点的约束符合有所区别的。

（3）启用载荷类型中的【力】并弹出对话框，选定节点E并输入10KN，并指定竖直向下的方向；选定节点G并输入7KN，并指定竖直向下的方向；选定节点F并输入5KN，并指定水平向右的方向。完成边界条件定义后的Sim模型如图7所示。

图7 完成边界条件的Sim模型