Глава 7 Анализ и средства проверки - Siemens

Глава 7
Анализ
и средства проверки
Содержание Главы
7.1. NX Расширенная симуляция
• Основы конечно-элементного анализа
• Начало работы в «NX Расширенная симуляция»
• Управление данными в «NX Расширенная симуляция»
• Основные меню и команды «NX Расширенная симуляция»
• Идеализация геометрии и Абстракция
• Построение расчетной сетки
• Создание расчетного случая в «NX Расширенная симуляция»
• Постпроцессинг в «NX Расширенная симуляция»
• Упражнение
7.2. Модуль кинематики
• Основной функционал модуля
• Quick Check
• Check Requirements

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
7.1 NX раСширенная Симуляция
Эта глава посвящена обзору модуля для проведения инженерного анализа в рамках работы
с единой средой проектирования NX. Использование численных методов при проектировании
различных конструкций и машин продиктовано необходимостью постоянного повышения
надежности и качества изделий, а также возможностью использовать новые современные
материалы, учитывать сложные условия работы современных конструкций при необходимости
повышать их конкурентоспособность и надежность. Максимальный эффект от использования
технологий численного инженерного анализа достигается при их использовании, начиная
с самых ранних стадий проектирования. При этом снижаются стоимость изделия, вероятность
возникновения рисков и срок выпуска изделия на рынок. Эта глава содержит небольшой обзор
возможностей системы «NX Расширенная симуляция», основных принципов и понятий численного
инженерного анализа. Основная аудитория, к которой обращена данная глава, - это
конструкторы и начинающие инженеры, которые впервые открывают для себя систему численного
инженерного анализа на базе метода конечных элементов (МКЭ).
Для первого знакомства с «NX Расширенная симуляция» вам будет достаточно данной главы,
но уже с первых шагов рекомендуем обращаться к литературе, посвященной МКЭ, а также
к документации NX.
Большинство функций и операций, о которых пойдет речь в данной главе, доступны в «NX
Расширенная симуляция» версии 5 и выше. Однако главу можно также использовать и при
работе с NX 4, учитывая тот факт, что функционал предыдущих версий может быть менее обширным,
а интерфейс отличаться на уровне иконок, меню и т.д.
Данная глава позволит получить ответы на первые практические вопросы, которые возникают
при работе с приложением для численного анализа. Также эту главу можно использовать
как пособие для решения первых задач в системе «NX Расширенная симуляция».
На какие вопросы вы сможете получить ответы, прочитав эту главу:
Что такое напряжения и напряженно-деформированное состояние конструкции?
Что такое конечно-элементный (КЭ) анализ?
Как смоделировать конструкцию или процесс?
Как деформируется конструкция?
Когда и в какой именно зоне разрушится конструкция?
Как добиться улучшения работы конструкции?
Мы надеемся, что, ответив на эти и другие вопросы, вы сможете в конечном итоге повлиять на
надежность, прочность, долговечность и эффективность самой сложной конструкции или процесса.
Обычно инженер-конструктор для предварительной оценки прочности/работоспособности
конструкции применяет инженерные подходы, которые в основном состоят из представления
конструкции в виде простых узлов и элементов, для которых существуют аналитические
оценки поиска напряженно-деформированного состояния. К таким оценкам можно отнести
использование простейших формул для поиска напряжений в балках при их растяжении, изгибе
или кручении, поиска относительного удлинения, моментов инерции, сил реакции и т.д.
Инженер-конструктор вынужден работать с большим количеством специализированной лите-
398

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
ратуры для поиска необходимых выражений и законов. С началом использования систем численного
анализа всё меняется. Инженер обретает возможность моделировать конструкции
и машины любой сложности с любой степенью детализации. У него появляется инструмент
для анализа реального распределения напряжений и деформаций в конструкции. Многие в
данный момент подумали о том, что использование таких систем конструкторами практически
нереализуемо из-за необходимости дополнительно повышать квалификацию для использования
специализированного программного обеспечения. Теперь это не так. С появлением
приложения «NX Расширенная симуляция» на базе промышленного решателя NX Nastran (и
других решателей компании Siemens PLM Software) всё меняется. Инженер получает возможность
работать с различными приложениями, оставаясь в единой привычной для себя среде
проектирования NX. Причем масштабируемость модуля NX CAE позволит решать как самые
простые, так и сложнейшие задачи из различных областей механики.
оСновы конечно-элементноГо анализа
Базовый принцип, лежащий в основе КЭ анализа, состоит в разбиении математической модели
рассматриваемой области на непересекающиеся подобласти (конечные элементы) и решении поставленной
задачи на каждом элементе. Множество элементов, их свойств, граничных условий называется
КЭ моделью. Поведение каждого элемента описывается определенным конечным числом
степеней свободы, которые в сумме определяют число степеней свободы КЭ модели.
Основные шаги МКЭ: идеализация, дискретизация, решение системы дифференциальных
уравнений. Под идеализацией будем понимать переход от реальной физической модели к
упрощенной (измененной) математической. Однако математические модели имеют бесконечное
число степеней свободы, что влечет за собой практическую нереализуемость решения
задачи на сложной математической модели. Ограничение числа степеней свободы модели
называется дискретизацией, а модель – дискретной моделью. Обратный дискретизации
процесс называется континуализацией, а идеализации – идентификацией. Каждый этап численного
моделирования вносит ту или иную погрешность в результат расчета. Особое внимание
вы должны уделять двум этапам: идеализации – на этом этапе осуществляется переход к
математической модели, что может внести существенную погрешность или даже кардинальную
ошибку в результат; дискретизации – на этом этапе необходимо проверять сходимость
численного решения к верному, причем при увеличении числа степеней свободы до бесконечного
ошибка дискретизации стремится к нулю (рис. 7.1-1).
Рисунок 7.1-1. Схема проведения численного анализа
Всегда следует помнить, что КЭ анализ – это всегда компромисс (или баланс) опыта самого
инженера, точности результата, мощности вычислительной техники, времени расчета, времени
построения модели и т.д.
.
399

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
модуль «NX раСширенная Симуляция»
«NX Расширенная симуляция» - это модуль для проведения наукоемкого инженерного анализа
на базе МКЭ в рамках единой среды проектирования NX. «NX Расширенная симуляция»
включает в себя полный набор инструментов для пре- и постпроцессорной обработки моделей
и поддерживает широкий диапазон решателей для проведения мультифизичного расчета
конструкций.
Отличительной особенностью «NX Расширенная симуляция» является возможность, оставаясь
в одной и той же среде моделирования NX, использовать для решения различные ведущие
промышленные решатели, такие, как NX Nastran, MSC Nastran, ANSYS, LS-Dyna и
ABAQUS. При этом необходимо задать только тип используемого решателя, а система в
свою очередь автоматически представляет все модели, типы элементов, свойства, параметры,
условия сопряжения и опции решения, используя терминологию или «язык» выбранного
решателя и типа анализа.
«NX Расширенная симуляция», являясь одной из ведущих систем численного инженерного
анализа, предлагает набор инструментов и функций для выполнения численного анализа любой
степени сложности – начиная от простейших прикидочных расчетов до выполнения анализа
сложнейших процессов (таких, как краш-тесты, технологические задачи, задачи связанного
тепломассопереноса и т.д.). Интуитивная структура данных и параметров расчетной
модели в виде нехронологического дерева с возможностью доступа ко всем параметрам из
400
Рисунок 7.1-2. Общий вид «NX Расширенная симуляция»

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
основного меню, из дерева модели, в графической области экрана позволяет овладеть системой
пользователю с любым уровнем предварительной подготовки в кратчайшие сроки.
На этапе перехода от физической модели к математической «NX Расширенная симуляция»,
обладая набором специализированных инструментов, позволяет адаптировать конструкторскую
CAD-геометрию для выполнения КЭ анализа. Например, специалисты-расчетчики без
обращения к конструктору могут упростить модель, удалить мелкие геометрические элементы,
погасить отверстия, скругления, создать срединные поверхности, осуществить булевы
операции и операции деления тел для улучшения качества расчетной сетки.
Генераторы КЭ сетки расчетного модуля NX позволяют создавать КЭ сетки очень высокого
качества при экономном использовании ресурсов компьютера, что позволит инженеру сократить
внесение погрешности на этапе дискретизации математической модели. «NX Расширенная
симуляция» поддерживает полный набор типов элементов (0D, 1D, 2D, и 3D), как линейных,
так и параболических (со срединными узлами). В дополнение «NX Расширенная симуляция»
позволяет обеспечивать контроль допуска КЭ сетки при описании сложных криволинейных
геометрических объектов.
начало работы
«NX Расширенная симуляция» позволяет проводить большой круг типов численного анализа.
Это и линейный/нелинейный анализ прочности, анализ динамического поведения конструкции,
анализ состояния изделия в условиях действия нелинейных быстропротекающих
процессов, тепловой анализ, анализ течения жидкости и газа и т.д. При переходе в «NX Расширенная
симуляция» и создании расчетной модели (рис. 7.1-3) первое, что необходимо задать,
это решатель и тип анализа, который будет выполнен для текущей модели (и в соответствии
с которой система автоматически настроит интерфейс и «язык» команд и функций).
Основные типы анализа, доступные в решателе «NX Расширенная симуляция» NX Nastran:
линейный статический анализ (sol 101), анализ собственных частот и форм свободных колебаний
(sol 103), анализ отклика на воздействия, зависящие от времени или частоты (sol 103),
анализ потери устойчивости конструкций (sol 105), базовый нелинейный анализ (sol 106),
анализ переходных процессов (sol 129), анализ теплопереноса (sol 153, 159), нелинейный
анализ на базе неявных схем интегрирования (sol 601), нелинейный динамический анализ на
базе явных схем интегрирования (sol 701), оптимизационный анализ, анализ долговечности.
Кроме этого, при выборе типа решения доступны дополнительные варианты (рис. 7.1-4):
• NX Thermal/Flow — эти решатели позволяют выполнить анализ теплопередачи и анализ
динамики жидкости и газов (CFD). Вы можете использовать эти два решателя независимо
или совместно для получения результатов как теплового анализа, гидро-/газодинамического
анализа, так и результатов связанного анализа тепломассопереноса.
• Охлаждение электронных систем NX - это промышленно-ориентированный решатель для
анализа систем охлаждения. Он включает в себя анализ теплопереноса и вычислительную гидро-/газодинамику
(CFD) для комплексного исследования систем отвода тепла.
• NX тепловой анализ орбитальных систем — это промышленно-ориентированный реша-
401

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
тель для теплового анализа космических аппаратов и орбитальных/межорбитальных систем.
• LS-Dyna - возможность записать файл ключевых карт для входного файла в систему численного
анализа LS-Dyna.
402
Рисунок 7.1-3. Создание расчетного случая
Рисунок 7.1-4. Решатели, доступные в NX

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Одним из неоспоримых преимуществ работы в системе проектирования NX, конечно, является
ассоциативность всех моделей, работа в единой среде, отсутствие необходимости передавать
модели и данные в сторонние приложения, теряя драгоценное время и качество данных).
При работе с NX инженер для создания расчета выполняет следующие операции:
1. Сначала создается геометрическая модель (или сборка), представляющая точную цифровую
модель объекта, подвергающегося анализу.
2. Затем начинается фаза непосредственно выполнения численного инженерного анализа.
На этой фазе пользователь переключается в модуль «NX Расширенная симуляция». Система
предлагает определиться с типом анализа и решателем, которые будут использованы
в дальнейшем.
3. Следующее, что необходимо выполнить, – это идеализация модели. На этом этапе происходят
упрощения геометрии, выделение срединных поверхностей, деление тел для дополнительного
локального управления качеством сетки.
4. Далее строится КЭ сетка с учетом сгущений в зонах наибольших градиентов, задаются
свойства и материалы, закрепления и нагрузки.
5. Запуск модели на расчет. Расчет модели в зависимости от ее сложности и типа анализа
может занимать от нескольких секунд до нескольких часов (или даже дней).
6. После получения и анализа результатов Навигатор постпроцессинга позволит провести
детальный визуальный и количественный анализ результатов.
7. При необходимости внести изменения в начальную конструкцию с целью снижения веса,
усиления элементов конструкции и т.д. пользователь возвращается к исходной геометрии и
вносит необходимые коррективы. При этом система автоматически реализует ассоциативную
связь между геометрической и расчетной моделью и корректно изменяет расчетную сетку,
переносит нагрузки и т.д. Это позволяет значительно сократить время на повторное построение
расчетной модели после проведения изменений в исходной модели.
управление данными
в «NX раСширенная Симуляция»
«NX Расширенная симуляция» управляет всеми наборами данных расчетной модели в четырех
раздельных ассоциативных полях (рис. 7.1-5).
Для эффективной работы в «NX Расширенная симуляция» вам необходимо различать, какие
данные сохраняются в определенном поле (файле) и какой файл должен быть активным в
рабочей части при создании элементов расчетной модели.
Файл части mypart.prt содержит мастер-модель и неизменяемую геометрию. Мастермодель
заблокирована на запись, в большинстве случаев мастер-модель не изменяется и не
сохраняется при попытке перезаписи. Блокировка записи может быть удалена для того, чтобы
новая конструкция сохранилась как мастер-модель. Заметьте, что все изменения во время
удаления элементов применяются к идеализированной части.
403

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Идеализированную часть mypart-i.prt. Инструменты работы с геометрической моделью позволяют
внести изменения в конструкцию модели, используя идеализированную часть. Выполнение
идеализации геометрии (т.е. изменение или упрощение) реализуется без изменения
мастер-модели.
Система автоматически создает идеализированную модель, когда вы создаете файл FEM
или файл симуляции SIM.
Файл FEM, mypart_fem.fem содержит КЭ сетку (узлы и элементы), физико-механические
свойства конструкции. Вся геометрия в файле FEM является полигональной. Когда вы создаете
расчетную сетку, пользуясь указанием специализированных правил для генератора КЭ
сетки (правилами разметки геометрии), любое действие производится на полигональной геометрии,
а не на идеализированной модели. Файл FEM ассоциативен с идеализированной
геометрией.
Файл симуляции SIM mypart_sim.sim содержит все параметры и свойства поведения конструкции,
расчетных случаев, настройки решателя, такие, как тип решения, шаг решения,
объекты симуляции (контактные граничные условия и т.д.), нагрузки, ограничения, физические
свойства, созданные при перезаписи физических свойств. Вы можете создать несколько
файлов симуляции SIM, ассоциированных с одним файлом FEM.
404
Рисунок 7.1-5. Структура расчетной модели в «NX Расширенная симуляция»

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
конечно-элементные Сборки
Файл конечно-элементной сборки AFM (Assembly FEM) - это опциональный тип файла, который
может использоваться, чтобы создать модель системы, содержащей несколько файлов
FEM. Файл КЭ сборки AFM содержит вхождение и позиционирование данных для ссылочных
файлов FEM так же, как на соединительные элементы и перезаписывание свойств.
полиГональная Геометрия
и облеГченные фаСетные модели
Файл КЭ сетки FEM представляет твердые и листовые тела конструкции как полигональную
геометрию. Полигональная геометрия является фасетным представлением твердотельной геометрии.
В отличие от облегченных фасетных моделей полигональная геометрия содержит ребра
и грани, используемые при создании расчетной модели и расчетных случаев. Эти ребра
и грани выделяются из твердых и листовых тел в идеализированной части. Так как облегченные
фасетные тела не содержат ребра и грани, невозможно создать КЭ сетку на облегченном
представлении фасетной модели для сборки.
Если вы создаете новый файл расчетной сетки FEM с использованием всех тел, система
пропускает любые облегченные фасетные тела в сборке. Если вы создаете новый FEM и симуляцию
с опцией «Выбранные тела», фасетные тела недоступны.
При создании файла FEM из сборки необходимо удостовериться, что все элементы сборки,
которые используются для численного анализа, являются твердыми или листовыми телами.
преимущеСтва от иСпользования
Структурированной раСчетной модели в NX
Существует несколько преимуществ от управления CAE-данными в структуре расчетной
модели «NX Расширенная симуляция».
Расширение .sim и .fem файлов может использоваться PLM-системой управления данными
и процессами моделирования. NX поддерживает двойной щелчок мышью и перетаскивание
.sim и .fem файлов при работе в системе Windows.
Открытие мастер-геометрии является опциональным, что приводит к использованию меньшего
объема оперативной памяти и позволяет системе работать быстрее.
Наглядная логическая структура позволяет легче ориентироваться при работе со сложными
моделями.
Повторное использование файла расчетной сетки FEM может значительно повысить эффективность
использования ресурсов дискового пространства.
Однако перед структурированием расчетной модели, как уже упоминалось, конструктор
должен четко представлять описываемую задачу, тип анализа, условия работы конструкции.
Модуль «NX Расширенная симуляция» является гибкой настраиваемой средой численного
моделирования и допускает различные последовательности операций для достижения той
405

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
или иной цели. В зависимости от стоящей перед инженером задачи и персональных настроек
пользователь может самостоятельно определить удобную для себя последовательность действий
для достижения конечного результата. Две основные последовательности, однако, позволяют
выполнить большую часть расчетных случаев.
В рекомендуемой для большинства моделей последовательности действий необходимо
явно задать материал, физические свойства и свойства сетки в коллекторах КЭ сетки до генерации
самой сетки. Коллектор КЭ сетки – это элемент дерева расчетной модели, содержащий
информацию о типе, свойствах и параметрах расчетной КЭ сетки. Эта явная последовательность
действий полезна для построения сложных моделей, которые содержат несколько
тел, материалов и КЭ сеток. Такая последовательность действий обеспечивает прозрачность
свойств модели и снижает риск возникновения ошибки моделирования или расчета.
Для простых конструкций с одним твердым или поверхностным телом из одного материала
можно использовать автоматизированную последовательность действий. Эта последовательность
позволяет быстро создать файлы расчетной сетки и КЭ модели FEM и SIM со всеми
необходимыми коллекторами в автоматическом режиме. Также в этом случае происходит
наследование свойств объектов из геометрической CAD-модели или используются значения
свойств и параметров по умолчанию.
работа С множеСтвенными решениями
Модуль «NX Расширенная симуляция» позволяет создавать несколько решений в одном
файле симуляции. В этом случае NX допускает повторное использование заданных граничных
условий путем простого перетаскивания мышью во вновь созданный расчетный случай.
При использовании такой методики все расчетные случаи будут использовать одни и те же
свойства материалов и физические свойства объектов.
Работа с множественными файлами симуляции
Вы можете создать набор файлов симуляции для одного файла расчетной сетки FEM. Это
эффективный способ проведения различных видов численного анализа в рамках работы с одним
проектом. Повторное использование файла FEM может значительно сократить использование
компьютерных ресурсов. Кроме того, повторное использование FEM-файла возможно
при анализе различных условий нагружения детали.
При создании файла симуляции вы можете перезаписать физико-механические свойства
элементов конструкции. Перезаписывание свойств в файле SIM позволит вам изменить значения
выбранных материалов, физических свойств или атрибутов элементов без внесения соответствующих
изменений в расчетную сетку (в файл FEM). Когда вы рассчитываете модель,
которая содержит перезаписанные физико-механические характеристики конструкции, система
использует значения, которые заданы на уровне файла SIM вместо исходных значений.
К примеру, это позволяет за меньшее время исследовать применение различных материалов
в одной FEM-модели без создания дублирующихся на дисковом пространстве файлов.
Также можно использовать перезаписывание свойств для быстрого анализа применимости
различных толщин элементов при работе с поверхностными моделями.
406

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
работа С множеСтвенными файлами FEM
«NX Расширенная симуляция» позволяет создавать множественные файлы FEM для одной
детали. Например, можно создать крупную («грубую») сетку и более мелкую сетку с высокой
степенью детализации конструкции одновременно.
Чтобы связать новый файл FEM с существующей идеализированной деталью, в меню «Новый
FEM» необходимо выбрать флажок «Ассоциативно с деталью» и выбрать идеализированную
деталь из списка открытых деталей или нажать «Открыть» и открыть идеализированную
деталь.
Чтобы связать новый файл FEM с новой идеализированной деталью, в меню «Новый FEM»
необходимо выбрать флажок «Ассоциативно с деталью» и выбрать мастер-деталь из списка
открытых деталей. Для создания новой идеализированной геометрии установите флажок
«Создать идеализированную деталь». После нажатия клавиши OK программа создает новую
идеализированную деталь, основанную на мастер-модели.
оСновные меню и команды
«NX раСширенная Симуляция»
Основное меню команд для построения численной модели в «NX Расширенная симуляция»
включает в себя следующие наиболее часто используемые инструменты:
- выполнение идеализации и подготовки геометрии. Команды идеализации активны на
уровне работы с идеализированной геометрией и позволяют выполнять операции по подготовке
геометрической модели к созданию расчетной сетки;
- выбор материала конструкции из библиотеки, добавление новых материалов в библиотеку;
- ввод физических свойств модели;
- создание правил для генератора КЭ сетки. Правила можно создавать как до начала
построения сетки, так и в процессе построения, используя команду обновления КЭ сетки в соответствии
с заданными правилами генерации сетки;
- построение расчетной КЭ сетки всей конструкции или ее части с определением коллектора
физических свойств детали;
- проверка качества КЭ сетки по заданным параметрам;
- приложение закреплений;
- приложение нагрузок;
- выполнение расчета для созданной модели;
- переход в режим Навигатора постпроцессинга.
Навигатор симуляции (рис. 7.1-6) предоставляет пользователю графический способ просмотра
и управления различными файлами и параметрами CAE-анализа в пределах структурированного
нехронологического дерева расчетной модели. Каждый файл или компонент
отображается как отдельная закладка в дереве.
407

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Такая рабочая среда применяется при настройках по умолчанию, автоматическом создании
коллекторов сеток и наследовании для быстрого создания и решения простых моделей.
Вы можете использовать Навигатор симуляции для выполнения всех шагов в процессе численного
анализа конструкции. Вот лишь некоторые команды, доступные при щелчке правой
клавишей мышки в навигаторе:
• отобразить только выбранную полигональную геометрию;
• осуществлять навигацию по файловой структуре расчетной модели;
• задать параметры генерации КЭ сетки;
• построить КЭ сетку;
• приложить нагрузки и ограничения в модели;
• настроить параметры отображения объекта любого типа на экране.
Основные контейнеры в Навигаторе симуляции:
- файл симуляции содержит все данные и параметры расчетной модели;
- файл FEM cодержит все данные о КЭ сетке, физико-механические характеристики
конструкции и полигональную геометрию;
- идеализированная геометрия, ассоциированная с мастер-моделью и доступная для
изменения инженеру-расчетчику;
- контейнер с параметрами контроля качества КЭ сетки;
- контейнер поверхностных КЭ сеток;
- контейнер пространственных твердотельных сеток;
- контейнер граничных условий - нагрузок;
- контейнер граничных условий - ограничений;
- контейнер расчетного случая, содержит объекты решения, нагрузки, ограничения;
- контейнер результатов решения.
408
Рисунок 7.1-6. Дерево модели в Навигаторе симуляции

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
идеализация Геометрии
и абСтракция
Идеализация геометрии является процессом удаления или подавления элементов в модели,
предшествующим созданию расчетной сетки. В целом вы можете также использовать команды
идеализации геометрии для создания дополнительных элементов и модификации существующих.
Например, вы можете использовать команды идеализации геометрии для:
• удаления элементов, таких как бобышки или отверстия, которые не важны с точки зрения
численного анализа;
• изменения размеров идеализированной части, используя выражения между элементами;
• разделения большого объема на несколько маленьких объемов для построения структурированной
расчетной сетки;
• создания срединной поверхности для построения КЭ моделей тонкостенных конструкций.
Система выполняет все операции идеализации на ассоциативной копии мастер-модели
(идеализированной геометрии).
Абстракция геометрии – это набор операций, позволяющих создать определенные правила
для генератора КЭ сетки. Операции абстракции выполняются в файле FEM для полигональной
геометрии. Они не приводят к изменениям геометрии, а лишь задают определенные
правила, применяемые в процессе генерации КЭ сетки. Абстракция геометрии, к примеру,
позволяет исключить элементы геометрии, которые могут привести к построению расчетной
сетки низкого качества или неадекватно заниженного размера элементов - пользователь
может использовать команды абстракции для удаления очень маленьких или узких поверхностей
или ребер, которые могут ухудшить качество конечных элементов в прилегающей области.
Или добавить геометрические элементы в модель для последующего использования в численной
модели – добавленные в полигональную геометрию ребра можно использовать для
определения дополнительных нагрузок или ограничений.
поСтроение раСчетной Сетки
Построение КЭ расчетной сетки является этапом, на котором производится дискретизация
математической модели, то есть разбиение непрерывной геометрической структуры на конечные
элементы. Каждый элемент является математическим представлением дискретной части
описываемой структуры и имеет заданную функцию интерполяции.
Создание конечно-элементной сетки - один из наиболее важных и критичных этапов в процессе
численного инженерного анализа, и точность результатов напрямую зависит от качества
создаваемой сетки.
Возможности по созданию КЭ сетки в модуле «NX Расширенная симуляция» позволяют
пользователю автоматически создавать:
0D-элементы в выбранных точках;
1D-стержневые элементы на ребрах, линиях;
409

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
2D-оболочечные элементы на гранях и поверхностях;
3D-твердотельные элементы в объемах.
Модуль «NX Расширенная симуляция» также содержит инструмент «Контактная сетка по
поверхности» для создания контактных поверхностных сеток. Кроме этого, вы можете использовать
инструмент «Условия сопряжения сетки» для соединения двух несовпадающих сеток.
Система хранит все части расчетной КЭ сетки и их параметры, такие, как материал, толщины,
сечения (атрибуты элементов) в файле FEM.
Для построения КЭ сетки может использоваться геометрия, созданная в других модулях
NX, а также импортированная из других CAD-приложений.
Опция «Размер элемента» (глобальный размер элемента) в меню генерации КЭ сетки позволяет
управлять длиной ребер элементов. Поскольку генератор КЭ сетки при работе учитывает
геометрические особенности конструкции, а также настройки качества создаваемых
элементов, то фактическая длина ребер элементов в модели может меняться.
Если сетка, основанная на глобальной переменной «Размер элемента», недостаточно точно
описывает детализацию объекта, пользователь может:
• использовать опцию «Изменение размера в зависимости от кривизны поверхности» в
меню «2D-сетка» или опцию «Отклонение базового размера в зависимости от кривизны
поверхности» в меню «3D-тетраэдральная сетка», чтобы программа изменяла размер
конечных элементов в тех областях, где кривизна поверхности более существенна;
• использовать команду «Управление сеткой» для локального управления размером
элементов на выбранных ребрах или гранях. Например, вы можете использовать опцию
«Размер на ребре» в меню «Управление сеткой», чтобы задать точную длину элемента
на выбранном ребре.
В меню генерации КЭ сетки вы можете использовать опцию «Автоматический размер элемента»
, чтобы программа автоматически вычислила предполагаемый размер элемента,
основанный на особенностях выбранной геометрии.
Размер элемента, определенный методом «Авто размер элемента», принимается в качестве
базового для текущей выбранной геометрии. Пользователь может принять его в качестве
основного или же задать иное значение в зависимости от степени детализации модели и наличия
мелких элементов в конструкции.
Прежде чем вы сможете выполнить расчет построенной модели, вам необходимо задать
(выбрать) материалы анализируемой конструкции. Для задания свойств материалов необходимо
воспользоваться функцией «Материалы» . Также вы можете использовать материал,
наследованный от геометрического объекта. Материал присваивается как параметр коллектора
КЭ сетки таким образом, что элементы в одном коллекторе имеют один и тот же материал,
физические свойства и параметры отображения. «NX Расширенная Симуляция» включает
в себя библиотеку материалов, которая содержит свойства некоторых стандартных материалов,
в том числе и температурно-зависимые. Вы также можете создать новые (недостающие)
изотропные, ортотропные, анизотропные, жидкостные, гиперупругие и т.п. материалы.
NX Nastran позволяет использовать для построения расчетной сетки следующие основные
типы конечных элементов:
410

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
- 0D-элементы: упруго-демпферная связь узел-основание (CBUSH), пружина узел - основание
(CELAS), демпфер узел - основание (CDAMP), элемент сосредоточенной массы (CMASS,
CONM) и др.;
- 1D-элементы: стержневой элемент (CROD, CONROD), балочный элемент (CBAR, CBEAM),
упруго-демпферная связь (CBUSH), демпфер узел - узел (CDAMP), элемент вязкого демпфирования
(CVISC), пружина узел - узел (CELAS), элемент зазора (CGAP), элемент связи (RBE3),
абсолютно жесткий стержень (RBAR), абсолютно жесткая связь (RBE2), технический элемент
(PLOTRL) и др.;
- 2D-элементы: четырехугольные поверхностные элементы (CQUAD4, CQUAD8, CQUADR),
треугольные поверхностные элементы (CTRIA3, CTRIA6, CTRIAR), осесимметричные элементы
(CQUADX4, CQUADX8, CTRAX3, CTRAX6), элементы для моделирования 2D-трещин
(CRAC2D) и др.;
- 3D-твердотельные элементы: гексаэдральные (CHEXA8, CHEXA20), тетраэдральные элементы
(CTETRA4, CTETRA10), пирамидальные элементы от 5 до 13 узлов (CPYRAM), элементы
для моделирования 3D-трещин (CRAC3D) и др.
Создание раСчетноГо Случая
в «NX раСширенная Симуляция»
Каждый расчетный случай в «NX Расширенная симуляция» может содержать несколько шагов
или подслучаев в зависимости от выбранного типа решателя. Каждый шаг решения содержит
такие параметры работы конструкции, как нагрузки, закрепления, контактные условия и
другие объекты моделирования. Вы можете создать неограниченное число шагов для одного
решения.
После подготовки КЭ модели в препроцессоре «NX Расширенная симуляция» выполняется
расчет задачи в решателе NX Nastran или другой системе численного анализа. При запуске
расчета из препроцессора программа создает входной файл NX Nastran для выбранного
типа решения и затем обрабатывает его в решателе (проводит численное решение системы
дифференциальных уравнений).
Для запуска расчета необходимо в Навигаторе симуляции нажать правой клавишей мыши
на решении и выбрать «Решение» или на инструментальной панели «Расширенная симуляция
NX» выбрать функцию «Решение» .
Для наполнения расчетного случая условиями работы конструкции Навигатор симуляции
предоставляет инструменты, которые позволяют создавать, изменять и отображать граничные
условия и условия сопряжения объектов численной модели. Также для задания граничных условий
вы можете воспользоваться меню инструментальной панели «Расширенная симуляция».
Все параметры и опции при задании граничных условий интерактивны и активируются в
соответствии с выбранным решателем и типом решения. Например, если активированное решение
использует решатель NX Nastran, то диалог «Создание силы» предоставляет выбор параметров,
соответствующий карте NX Nastran FORCE.
Создавать граничные условия можно как до, так и после создания решения.
411

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Если вы создаете сначала решение, то нагрузки, граничные условия и т.д. сохраняются
в Навигаторе симуляции в соответствующих контейнерах: контейнер Нагрузки, контейнер
Ограничений и контейнер Объектов Анализа. Создаваемые объекты также сохраняются в соответствующих
контейнерах активного решения.
Если вы создаете сначала нагрузки, ограничения и т.д., они сохраняются в контейнерах в
Навигаторе симуляции. Затем их можно перетащить с помощью мышки в созданные расчетные
случаи.
Граничные условия могут быть приложены к геометрическим объектам (ребрам, граням,
вершинам, точкам) и объектам КЭ модели (узлам, элементам, граням и ребрам элементов).
В частности, граничные условия, приложенные к элементам КЭ модели, незаменимы в случае
работы с импортированными сетками без основной геометрии.
Для задания значения граничного условия вы можете использовать постоянные величины,
выражения NX или поля. Поля позволяют определить, как значение меняется в зависимости
от времени, температуры, частоты или в пространстве.
К основным нагрузкам и граничным условиям можно отнести: нагрузку смятия, давление,
силы, изгибающий и крутящий моменты, предварительный затяг болтов, гравитационную нагрузку,
скорость и ускорение, температурные нагрузки, условия симметрии, заделка, шарнир,
вынужденное перемещение и т.д. К основным условиям сопряжения относятся контакт
с условием сплошности, «линейный» контакт, нелинейное контактное взаимодействие типа
поверхность-поверхность.
поСтпроцеССинГ в «NX раСширенная Симуляция»
После выполнения решения в выбранном решателе необходимо провести анализ полученных
результатов и дать оценку конструкции. Для перехода в режим постпроцессора «NX Расширенная
симуляция» необходимо на панели ресурсов выбрать Навигатор постпроцессора
или в Навигаторе симуляции дважды нажать на закладку «Результаты». Используя Навигатор
постпроцессора, вы можете просматривать и управлять разными наборами результатов.
Кроме этого, можно переходить между несколькими наборами данных, включая импортированные
результаты (рис. 7.1-7).
412
Рисунок 7.1-7. Иерархия объектов в Навигаторе постпроцессора

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Каждый открытый файл симуляции представлен узлом верхнего уровня в Навигаторе постпроцессора.
Этот узел выступает в роли контейнера для решений. Управляя моделями, которые
содержат несколько результатов, вы можете быстро определить, какие результаты какому
решению принадлежат. С помощью нажатия правой клавиши мыши на узле решения вы можете
загрузить и выгрузить результаты, а также создать определенный по умолчанию вид постпроцессора
загруженных результатов. Для отображения любого из полученных результатов
необходимо в Навигаторе постпроцессора раскрыть узел решения и двойным щелчком мыши
вывести результаты в графическую область NX. Отображение созданных путей и графиков
также доступно в узле решения.
Импортированные наборы результатов доступны под узлом «Импортированные результаты»
в Навигаторе постпроцессора.
Основные операции и команды меню «Постпроцессор» для управления видом отображаемых
результатов, видом модели в режиме постпроцессинга, а также для количественной оценки полученных
данных представлены в таблице 7.1.
таблица 7.1. Команды управления постпроцессингом в «NX Расширенная симуляция»
значок название описание
Вид постпроцессора
Контроль отображения результатов в выбранных видах постпроцессора
Определение результатов Отображение результатов в узлах и элементах
Маркер вкл/выкл
Перетаскивание маркера
Предыдущая мода/итерация
Следующая мода/итерация
Анимация Настройка анимации
Включение или выключение отображения минимальных и максимальных
значений
Позволяет переместить маркер минимального и максимального
значения
Отображение предыдущей моды или итерации, используя текущие
настройки вида постпроцессора
Отображение следующей моды или итерации, используя текущие
настройки вида постпроцессора
Предыдущий Шаг назад на один кадр анимации
Дальше Шаг вперед на один кадр анимации
Воспроизведение Воспроизведение анимации, используя текущие настройки
Пауза Пауза текущей анимации
Остановка Остановка текущей анимации
413

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Более подробную информацию по работе с модулем «NX Расширенная симуляция» смотрите
в справочной информации к NX.
414
пример 7.1-1 (для получения исходного файла к данному упражнению, а также
за консультацией по работе модуля «NX расширенная симуляция» обращайтесь
в офис Siemens PLM Software в россии).
• 1. Откройте файл Example_CAE.prt и перейдите в модуль «NX Расширенная симуляция»
(начало > расширенная симуляция).
• 2. Нажмите правую клавишу мыши на модели в Навигаторе симуляции или окне «Вид
файла симуляции» (рис. 7.1-8). Выберите «Новая конечно-элементная модель и симуляция
для создания КЭ модели». Нажмите ОК. Убедитесь, что в окне «Создание решения»
выбран Тип решения SESTATIC 101 – статический анализ в рамках теории упругости.
Нажмите ОК.
Рисунок 7.1-8
• Обратите внимание, что дерево модели наполнилось пустыми контейнерами, а вид файла
симуляции соответствует структуре данных «NX Расширенная симуляция» – мастергеометрия,
идеализированная геометрия, расчетная сетка, файл симуляции (рис. 7.1-9).
• 3. Двойным нажатием левой клавиши мыши на файл Example_CAE_fem1 в окне «Вид
файла симуляции» перейдите на уровень работы с расчетной сеткой. В данном случае
мы опускаем операции идеализации геометрии, принимая во внимание, что модель в
примере достаточно проста.

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Рисунок 7.1-9
• 4. Воспользуемся автоматизированной последовательностью действий при создании
КЭ сетки (которую рекомендуется применять для простых деталей). Для этого на уровне
файла FEM сразу перейдем к построению расчетной сетки рабочей детали. Расставьте
условия совпадения КЭ сетки на соседних объемах (расширенная симуляция
> условия сопряжения сетки, рис. 7.1-10). В меню «Условия сопряжения сетки»
выберите все тела и нажмите ОК.
Рисунок 7.1-10
415

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
416
• 5. В меню «Расширенная симуляция» выберите выпадающую вкладку генерации расчетной
сетки и выберите «3D заметаемая сетка» (рис. 7.1-11).
Рисунок 7.1-11
• 6. В меню «3D заметаемая сетка» осуществите автоматический подбор размера конечного
элемента для данной детали (рис. 7.1-12). Исходный размер элемента теперь
установлен 1,5 мм.
Рисунок 7.1-12

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• Последовательно выберите три лицевые грани тел, как показано на рис. 7.1-13. Нажмите
ОК.
Рисунок 7.1-13
• 7. В Навигаторе симуляции раскройте коллектор Solid (1) (рис. 7.1-14). Нажмите правой
клавишей мыши на коллекторе Solid (1) и выберите «Изменить».
Рисунок 7.1-14
417

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
418
• Измените имя контейнера на Деталь 1 (рис. 7.1-15), после чего нажмите правой клавишей
мыши Изменить выбранный Solid Property.
Рисунок 7.1-15
• 8. В меню изменения физико-механических свойств нажмите «Выберите материал»
(рис. 7.1-16).
Рисунок 7.1-16

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• В меню «Список материалов» выберите Steel (рис. 7.1-17). Нажмите ОК во всех раскрытых
меню.
Рисунок 7.1-17
• 9. Двойным нажатием левой клавиши мыши в окне «Вид файла симуляции» перейдите
на уровень файла симуляции Example_CAE_sim1.
• 10. В меню «Расширенная симуляция» выберите выпадающее меню приложения ограничений,
где нажмите «Фиксированное ограничение» (рис. 7.1-18).
Рисунок 7.1-18
419

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
420
• 11. В меню «Фиксированное ограничение» выберите 4 отверстия детали для закрепления
всех степеней свободы (рис. 7.1-19). Нажмите ОК.
Рисунок 7.1-19
• 12. В меню «Расширенная симуляция» выберите выпадающее меню приложения нагрузок,
где нажмите «Давление» (рис. 7.1-20).
Рисунок 7.1-20

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• 13. В меню «Давление» задайте значение действующего давления 3 МПа и выберите
грань детали, как показано на рис. 7.1-21. Нажмите ОК.
Рисунок 7.1-21
• 14. Модель готова для расчета (рис. 7.1-22).
Рисунок 7.1-22
421

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
422
• 15. Нажмите правой клавишей мыши в дереве модели на Solution 1 и выберите «Решить»
(рис. 7.1-23). Нажмите ОК.
Рисунок 7.1-23
• 16. После завершения работы решателя NX Nastran (около 3-5 минут) закройте все
окна.
• 17. Перейдите на вкладку Навигатора постпроцессора или нажмите двойным щелчком
на узел Results в дереве модели. Отобразите желаемый результат (рис. 7.1-24).
Рисунок 7.1-24

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
7.2 обзор модуля кинематики
Анализ кинематики (motion simulation) в NX представляет собой интегрированное CAEприложение
для создания и анализа сложных механических систем (механизмов). Для этих
механизмов вы можете получить результаты расчетов движений, сил, моментов, пересечения
объектов и сохранить трассировку, то есть объемную траекторию движения тела в пространстве
при работе механизма.
Механизм в NX состоит из кинематических объектов, которые представляют собой компоненты
с присвоенными им сценариями поведения. Кинематическими объектами могут быть
узлы, пружины, демпферы, силы, моменты и эластичные втулки.
Механизм создается посредством создания кинематических связей, которые добавляют
ограничения к геометрии. После задания механизма, встроенный решатель осуществляет
кинематический или статический/динамический анализы. Результатами анализов являются
проверка пересечения объектов, графики, анимации движения или электронные таблицы.
В качестве кинематических решателей могут быть использованы решатели MSC Adams/
Solver и FunctionBay RecurDyn. Результаты, выдаваемые решателями, сходны для большинства
механизмов. Однако решатель RecurDyn дает лучшие результаты, когда в механизме присутствуют
3D-контакты в нескольких точках.
Каждый из решателей имеет свои достоинства и недостатки. Подробную информацию о
решателях вы можете получить в документации на ADAMS или RecyrDin, входящей в комплект
документации NX.
оСновные термины
При моделировании симуляции используется концепция мастер-модели, поэтому сценарии
симуляции напрямую зависят от родительского объекта, которым является сборка. Это значительно
облегчает применение внесенных в конструкцию изменений, так как они автоматически
переносятся в симуляцию.
Система при создании симуляции автоматически создает папку с именем модели, в которой
будут храниться файлы симуляции (*.sim) и файлы с результатами расчета (*.res). Файлы
расчета хранят результаты вычислений и предназначены для того, чтобы не выполнять расчет
при загрузке сценария заново.
При создании симуляции обычно используется следующая последовательность действий:
1) создание связей, то есть подвижных частей механизма;
2) создание кинематических узлов;
3) определение движителей.
Движение механизма вы можете изучить с помощью артикуляции или анимации. Артикуляция
является независимой от времени и управляется посредством перемещения контролируемого
вами узла, для чего задается размер шага движения для каждого управляемого узла.
Анимация в отличие от артикуляции зависит от времени, и для анализа работы механизма
применяются параметры времени и шага.
423

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Основные термины
Связи
Связь (Link) представляет собой неразрываемое тело (rigid body). Обратите
внимание, что в качестве связи могут быть выбраны как индивидуальный компонент,
так и набор компонентов, кривая и т.п., то есть трехмерные и двумерные объекты.
Использование в качестве связи кривой позволяет промоделировать движение механизма
сначала в «плоском варианте», а затем перейти к объемной задаче, имея гарантию того, что
основные параметры движения уже вычислены верно.
Связь - это фактически основной объект, который обрабатывается решателем. Перемещение
связи является наиболее наглядным результатом работы механизма.
Создать связь можно командой меню вставить > Связь или с помощью панели инструментов.
В связь вы можете одновременно включать 2D- и 3D-объекты.
Если связь не должна участвовать в движении механизма, но требуется, допустим, для целей
визуализации, вы можете создать фиксированную связь.
Весовые характеристики связи (масса, центр масс, центр и моменты инерции) непосредственно
наследуются из файла детали, которая выбрана как родитель связи, либо могут быть
заданы вручную. Для назначения весовых характеристик удобно воспользоваться возможностью
назначения материала. Для этого нужно вызвать диалоговое окно «Назначить материал»
(инструменты > Свойства материала), в котором осуществляется выбор материала из
библиотеки. Присутствует также возможность экспорта/импорта материалов и задание своих
материалов (не только изотропных).
Также может быть задана начальная (инициирующая)
скорость перемещения и скорость вращения.
Диалоговое окно задания связи вызывается в меню
вставить > Связь (рис. 7.2-1).
В нем доступны группы: связанные объекты, в которой
с помощью фильтра выбора можно выбрать объект
или набор объектов для создания связи, опции массовых
свойств (автоматически или задать вручную), начальная
скорость вращения и начальная скорость перемещения.
кинематические узлы
Кинематический узел (Joint) описывает возможные
движения связей относительно друг друга
и создается между двумя связями. Иногда
кинематические узлы называют шарнирами.
Пока не назначено кинематических узлов, связи могут
перемещаться и вращаться относительно осей системы
координат, то есть каждая связь обладает шестью степенями
свободы, тремя линейными и тремя вращательными.
Кинематический узел в зависимости от типа фиксирует
определенное количество степеней свободы. Рисунок 7.2-1
424

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Диалоговое окно задания кинематического узла вызывается в меню вставить > узел
(рис. 7.2-2). Ниже рассмотрено большинство типов кинематических узлов.
пара вращения (рис. 7.2-3)
Пара вращения соединяет две связи, оставляя одну степень свободы (вращение вокруг
оси Z). Пара вращения запрещает поступательное перемещение в любом направлении между
двумя связями. На узел вращения может быть назначен движитель перемещения.
пара скольжения (ползун) (рис. 7.2-4)
Пара скольжения соединяет две связи, оставляя одну степень свободы (поступательное
перемещение по оси Z). Пара скольжения не дает свободу вращения двух связей. На узел
скольжения может быть назначен движитель.
Рисунок 7.2-2
Рисунок 7.2-3
Рисунок 7.2-4
425

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
цилиндрическая пара (рис. 7.2-5)
Цилиндрическая пара подключает две связи, разрешая две степени свободы – вращение и
поступательное движение относительно оси Z. Оси вращения каждой связи должны быть коллинеарными
и сонаправленными.
винтовая пара
Винтовая пара обеспечивает совокупность вращательного и поступательного движений относительно
оси Z. При этом зависимость вращательного движения от поступательного задается
с помощью отношения винта. Оно эквивалентно шагу резьбы и измеряется в единицах
детали. Отношение винта определяет, насколько будет перемещена первая связь вдоль оси
Z относительно второй связи, сделав при этом полный оборот. При правосторонней «резьбе»
отношение винта положительное.
универсальная пара (кардан) (рис. 7.2-6)
Универсальная пара определяет вращение ведомой пары вокруг двух перпендикулярных
осей Z1 и Z2. При этом осью ориентации каждой связи является ось X.
Сферическая пара (рис. 7.2-7)
Сферическая пара разрешает три вращательные степени свободы.
426
Рисунок 7.2-5
Рисунок 7.2-6
Рисунок 7.2-7

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
плоская пара
Плоская пара соединяет две связи, оставляя три степени свободы: две степени поступательного
движения и вращение. Доступными являются движения в плоскости (по осям Х и Y) и
вращение вокруг перпендикулярной плоскости оси Z.
постоянная скорость
Постоянная скорость представляет собой универсальную пару, в которой связи вращаются
с одинаковыми скоростями.
Все перечисленные выше пары являются основными кинематическими узлами. Однако иногда
требуется более точно описать поведение механизма. Для этого предназначены примитивные
кинематические узлы.
Примитивные кинематические узлы предназначены для более точного управления поведением
механизма в тех случаях, когда использование «обычных» кинематических узлов потребовало
бы введения дополнительных искусственных ограничений.
В точке – фиксирует три поступательные степени свободы, то есть разрешает только вращение
вокруг точки.
К кривой – фиксирует две поступательные степени свободы, разрешая движение вдоль
вектора и вращение вокруг трех осей. Этот тип кинематического узла моделирует движение
точки по кривой.
Ориентация – фиксирует три вращательные степени свободы.
В плоскости – фиксирует одну поступательную степень свободы, разрешая перемещение
в плоскости XY.
Параллельный – фиксирует две вращательные степени свободы, при этом ось Z перемещаемой
связи становится параллельно оси Z базовой связи.
Перпендикулярный – фиксирует одну вращательную степень свободы, запрещая вращение
относительно оси Z.
Чтобы расчет кинематики мог быть произведен, требуется, чтобы суммарное количество
степеней свободы системы было равным или меньшим нуля. Это количество называют числом
Грубера.
Оно определяется как:
Число Грубера = (Количество связей * 6) – (Сумма фиксированных кинематическими узлами
степеней свободы) – (количество движителей).
В таблице приведено количество степеней свободы, остающихся у связи после добавления
кинематического узла.
тип кинематического объекта фиксируемые степени свободы
Пара вращения 5
Пара скольжения 5
Цилиндрическая пара 4
Винтовая пара
5 (решатель RecurDyn)
1 (решатель Adams)
427

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
428
тип кинематического объекта фиксируемые степени свободы
Универсальный узел 4
Сферическая пара 3
Плоская пара 3
Кабельный узел 1
Зубчатая передача 1
Реечный механизм 1
Точка на кривой 2
Кривая по кривой 2
Точка на поверхности 1
Постоянная скорость 4
Фиксированная 6
В точке 3
На кривой 2
На плоскости 1
Ориентация 3
Параллельно 2
Перпендикулярный 1
Кинематическим узлам вращения, скольжения и цилиндрическому узлу могут быть назначены
движители пяти типов: постоянный, гармонический, функциональный и артикуляция. Постоянный
движитель определяется начальным смещением, скоростью и ускорением. Гармонический
движитель моделирует повторяющийся процесс и определяется амплитудой, частотой,
фазовым углом и перемещением. Движитель-функция является расширением гармонического
движителя, который позволяет управлять перемещением, скоростью и ускорением посредством
задания функции времени. Артикуляция позволяет управлять узлом вручную. Движитель
задает движение в случае расчета анимации. Движители подробнее рассмотрены ниже.
ограничения и соединители
Ограничения предназначены для задания (и сохранения) контакта между связью и не принадлежащей
ей геометрией в процессе работы механизма. Это бывает необходимо при моделировании
различных устройств. Система позволяет использовать три типа соединителей:
точка на кривой, кривая на кривой и точка на плоскости.
Ограничения можно добавить, воспользовавшись командами меню вставить > ограни-

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
чения, и далее выбрав нужный тип ограничения, или сделав
то же самое в панели инструментов (рис. 7.2-8).
точка на кривой
Ограничение «Точка на кривой» сохраняет точку контакта
между связью и не принадлежащей ему кривой. При задании
положения точки на кривой в месте ограничения создается
маркер, который может перемещаться только вдоль
кривой и вращаться вокруг всех трех осей.
Задается ограничение «Точка на кривой» командой
меню вставить > ограничение > точка на кривой. Ограничение «Точка на кривой» фиксирует
две поступательные степени свободы.
кривая на кривой
Ограничение «Кривая на кривой» сохраняет контакт между двумя кривыми. Кривая, принадлежащая
первой связи, остается в контакте и касательной кривой, принадлежащей второй
связи. Точка контакта между двумя связями меняется во время движения механизма. Обе
кривые остаются компланарными в точке контакта.
Задается ограничение «Кривая на кривой» командой меню вставить > ограничение >
кривая на кривой. Ограничение «Кривая на кривой» фиксирует две степени свободы.
точка на поверхности
Ограничение «Точка на поверхности» задает фиксированную точку контакта между двумя
связями, связью и землей или связь и фиксированной поверхностью, не входящей в связь. Точка
может свободно перемещаться по поверхности, но всегда должна быть на ней.
Задается ограничение «Точка на поверхности» командой меню вставить > ограничение
> точка на поверхности. Ограничение «Точка на поверхности»
фиксирует одну поступательную степень свободы.
Для передачи движения между различными кинематическими
парами используются соединители: шестерни, вал и
шестерня и кабель. Они добавляются с помощью команды
меню вставить > Соединители и через панель инструментов
(рис. 7.2-9).
кабель
Кабель используется для задания связи между двумя парами
скольжения (ползунами). Кабель обеспечивает пере-
Рисунок 7.2-8
Рисунок 7.2-9
дачу движения от одной пары скольжения к другой. Вторая пара будет перемещаться на то же
расстояние и с той же скоростью, что и первая при коэффициенте, равном 1. При другом коэффициенте
наблюдается диспропорция в движении пар, например, при коэффициенте, равном
2, первая пара пройдет в два раза большее расстояние, чем вторая. Отрицательный коэффициент
определят противоположное движение пар.
Определить кабель можно командой меню вставить > Соединители > кабель. Кабель
фиксирует две степени свободы.
Обратите внимание, что кабель не обязательно должен иметь какое-то «физическое» во-
429

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
площение. Между соединенными кабелем парами скольжения может не быть никаких тел.
зубчатая передача (шестерни)
Зубчатая передача задает связь между двумя вращательными парами. Коэффициент определяет
поведение передачи так же, как и коэффициент кабеля. Коэффициент может быть задан
двумя способами:
1) графически, с помощью точки контакта делительных окружностей (интерактивный выбор);
2) непосредственным указанием значения в поле «Коэффициент».
Дополнительно для зубчатой передачи задается точка контакта. Зубчатая передача – это
передача момента движения между двумя шестернями.
Определить зубчатую передачу можно командой меню вставить > Соединители > зубчатая
передача. Зубчатая передача фиксирует одну степень свободы.
реечная передача (вал и шестерня)
Передача вал и шестерня, иначе называемая реечной передачей, определяет связь между
вращательной парой и парой скольжения. Отношение эквивалентно
эффективному радиусу шестерни и измеряется
в единицах детали.
Определить реечную передачу можно командой меню
вставить > Соединители > вал и шестерня. Реечная
передача фиксирует одну степень свободы.
Для расчета поведения механизма в некоторых кинематических
узлах вы можете задавать трение (закладка
«Трение» диалогового окна «Узел»). Параметры трения
определяются коэффициентами статического и динамического
трения.
движители. артикуляция и анимация
Последний этап создания механизма – это назначение
движителей. Движитель добавлен к трем типам узлов:
вращательному, ползуну и цилиндрическому. Он всегда
ассоциативен кинематическому узлу. Движитель задается
на закладке «Водитель» диалогового окна «Узел». Также
движители могут быть созданы отдельно посредством
меню вставить > водитель.
Диалоговое окно задания движителя приведено на рисунке
(рис. 7.2-10).
постоянный движитель
Задает постоянное перемещение (вращательное или
поступательное движение). Для движителя задается начальное
положение (положение механизма в нулевой
момент времени), начальная скорость и ускорение. Рисунок 7.2-10
Начальное положение определяется начальным положе-
430

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
нием кинематического узла. Если вы зададите отличное от нуля начальное положение, то
механизм как бы «перескочит» в это положение в момент начала симуляции. При задании
начального положения ползуна оно определяется в линейных единицах детали (дюймах или
миллиметрах); начальное положение вращательного узла задается в градусах или радианах.
Формула движения постоянного движителя:
D=(x-x 0 )+v.t+1/2at 2 .
Здесь D – перемещение, (x-x 0 ) – начальное перемещение, v – скорость, a - ускорение.
Гармонический движитель
Определяет перемещение по синусоидальному закону. Основными параметрами являются
амплитуда, частота, фазовый угол и перемещение. Амплитуда определяет значение максимума
расстояния, проходимого движителем за один цикл. Частота определяет количество
циклов в секунду. Фазовый угол и начальное перемещение задают начальные значения процесса.
Математически гармонический движитель определяется формулой:
D=B+Asin(ωt+Φ), где B – начальное перемещение, A – амплитуда, ω – частота и Φ – фазовый
угол).
Более наглядно характеристики гармонического движителя представлены на рис. 7.2-11.
функциональный движитель
Обеспечивает перемещение, которое определяется заданной пользователем математиче-
Рисунок 7.2-11
ской или табличной функцией. Функция может определять зависимость перемещения, скорости
или ускорения от времени. Для задания функции используется Редактор функций.
артикуляция
Артикуляция определят дискретное движение заданием количества шагов, и для каждого
шага определяется величина перемещения. Для задания артикуляции требуется указать два
параметра (размер шага и количество шагов) для каждого кинематического узла.
Артикуляция не зависит от времени и управляется исключительно перемещениями узла,
которое контролируется размером шага для каждого управляемого узла. Все остальные соединения
являются ведомыми. Артикуляция позволяет изучить, как поведет себя механизм на
конкретном шаге движения.
431

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
отслеживание движения. маркеры, ассоциативные точки и сенсоры
Для анализа механизма часто необходимо отследить траекторию движения некоторых точек
связи, ориентацию связи или выявить закон изменения расстояния между определенными
точками связей. Для этого предназначены маркеры, ассоциативные точки и сенсоры.
Маркеры располагают на связях, для которых требуется сохранить результаты анализа.
Маркер представляет собой систему координат, ассоциативно связанную с некоторой выбранной
точкой связи. Для маркера в любой момент времени задана точная ориентация, поэтому
его удобно использовать для сложного динамического анализа, например, в случаях,
когда требуется задать линейную скорость (ускорение) одновременно с угловой скоростью
(ускорением) относительно заданной оси. При задании маркера рекомендуется выбирать направление
оси Z коллинеарным с направлением действия силы, что позволит определить величину
силы.
Ассоциативная точка – это точка, положение которой ассоциативно связи. Она предназначена,
чтобы определить характер движения выбранной точки связи без учета ее ориентации.
Обычно ассоциативная точка используется для построения кривой движения точки механизма.
Также ассоциативные точки полезны при указании положения фиксированной точки
в пространстве.
Сенсор – это специальный объект, предназначенный для измерения некоторой характеристики
механизма в процессе его работы. Доступны следующие типы сенсоров: перемещение,
скорость, ускорение, сила. Сенсор задается на маркере или кинематической паре. Посредством
использования сенсора для каждой из четырех характеристик можно определить величину
и разложение по осям системы координат.
432
пример 7.2-1. Создание простого механизма
• Откройте файл pendulum.prt. Перейдите в среду кинематики, выбрав в меню «Начало»
пункт «Симуляция кинематики». Система предложит назначить связи по умолчанию, нажмите
в открывшемся окне «Отмена». Изучите изображение в графическом окне. Сборка
состоит из четырех компонентов: mount – подвес для маятника, fiber – нить, на которой
подвешен груз, ball – груз и scale – поверхность, над которой висит груз.
• Вначале мы не будем использовать для симуляции все компоненты сборки. Откройте
Навигатор перемещений и нажмите правую кнопку мыши на узле pendulum. В контекстном
меню выберите «Новая симуляция». В дереве Навигатора перемещения добавится
узел motion_1. Пока механизм пуст.
• Сделайте рабочим слой 52. Это нужно для того, чтобы можно было быстро переключиться
к символическому изображению механизма. Вообще, каждую симуляцию лучше
всего располагать на отдельном слое или группе слоев, это позволит при необходимости
затратить минимальное время на изучение кинематической схемы даже
очень сложного механизма. Размещение элементов по слоям обычно регламентируется
корпоративным стандартом.
• Добавим связи в механизм. Выберите пункт меню вставить > Связь, в открывшемся
диалоговом окне выберите компонент mount и отметьте пункт «Фиксированная связь».
Нажмите ОК.

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• Обратите внимание, в Навигаторе перемещений появились два узла: Links и Joints. В
узле Links содержатся связи, добавленные в симуляцию. Сейчас в нем находится связь
L001, которая представляет собой компонент mount. В узле Joints содержатся кинематические
пары, и сейчас в нем находится фиксированная пара J001, которая определяет
связь L001 как фиксированную.
• Определим следующую связь. Выберите пункт меню вставить > Связь и в открывшемся
диалоговом окне выберите компоненты ball и fiber, затем нажмите ОК. Теперь
у нас в механизме есть две связи L001 и L002. При этом связь L001 состоит из одного
компонента, а связь L002 - из двух. При этом мы никак не задействовали компонент
scale, так как он нам пока не требуется. Так как связь L001 фиксирована, то число Грубера
системы равно 6.
• Теперь мы должны определить кинематические пары так, чтобы число Грубера системы
было меньшим либо равным нулю – только в этом случае мы можем провести кинематический
анализ системы.
• Определим кинематическую пару вращения. Для этого в меню «Вставить» выберите команду
«Узел» (рис. 7.2-12). Укажите в качестве связи в группе «Действие» - L002, точку
привязки – центр верхней грани цилиндра, моделирующего нить, систему координат
расположите так, как показано на рисунке. Нажмите ОК. Мы определили пару вращения
между двумя связями. Так как связь L001 является землей (т.е. фиксированной связью),
можно было не выбирать ее в группе «База» диалогового окна, что мы и сделали.
• Согласно приведенной выше таблице пара вращения фиксирует 5 степеней свободы.
Соответственно наш механизм сейчас обладает одной степенью свободы – cвязь L002
может вращаться относительно оси Z (как показано на рисунке). Однако для выпол-
Рисунок 7.2-12
433

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
434
нения расчета требуется зафиксировать еще хотя бы одну степень свободы. Поступим
следующим образом – ограничим движение L001 так, чтобы центр шара всегда лежал
в плоскости XZ. Для этого в меню «Вставить» выберите команду ограничения > точка
на поверхности (рис. 7.2-13). В качестве точки укажите центр сферы, в качестве
поверхности – плоскость, определенную на уровне сборки. Нажмите ОК. В Навигаторе
перемещений появится узел Constraints, содержащий заданное ограничение C001.
Рисунок 7.2-13
• Так как ограничение «Точка на поверхности» фиксирует 2 степени свободы, то число
Грубера системы равно -1(минус один) и мы можем выполнить кинематический анализ.
• Для начала для узла J002 зададим движитель. Сделайте двойной щелчок мышью на
узле в Навигаторе и в открывшемся диалоговом окне на закладке «Водитель» установите
режим вращения «Артикуляция», нажмите ОК. В Навигаторе перемещений на
значке узла J002 появится изображение стрелки.
• Теперь в Навигаторе нажмите правой кнопкой мыши на узле motion_1 и в контекстном
меню выберите «Новое решение». В открывшемся диалоговом окне сделайте установки
так, как показано на рисунке и нажмите ОК. (рис. 7.2-14).
• В открывшемся диалоговом окне «Артикуляция» (рис. 7.2-15) выберите узел J002 и
установите значение шага 10, количество шагов 36. Затем нажмите кнопку «Шаг вперед».
Связь L002 будет вращаться против часовой стрелки относительно оси Y абсолютной
системы координат и сделает полный оборот.
• Теперь проведем анализ созданного механизма. Добавим маркер к центру сферы. Для
этого в диалоговом окне «Маркер» (вставить > маркер) выберите в качестве связи
L002, в качестве точки - центр сферы и в качестве системы координат – абсолютную.

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Рисунок 7.2-14
Рисунок 7.2-15
435

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
436
• Построим график перемещения маркера по оси
Z в зависимости от времени симуляции. Для начала
задайте в параметрах артикуляции размер
шага 10 и количество шагов 72 (чтобы маятник
сделал 2 полных оборота).
• Затем нажмите правой кнопкой мыши на узле
motion_1 Навигатора перемещений и выберите
в контекстном меню анализ перемещений >
Графики. В открывшемся диалоговом окне «График»
сделайте установки, как показано на рис.
7.2-16. Нажмите ОК. В графическом окне будет
отображен график зависимости расстояния между
маркером и началом абсолютной системы координат
(рис. 7.2-17).
• Этот график можно экспортировать в Excel и сохранить
в электронной таблице. Для построения
доступны графики перемещения, скорости,
ускорения, силы и двигателя. Эти величины могут
быть представлены по значению, а также в виде
раcложения по осям X, Y, Z и по углам Эйлера.
Рисунок 7.2-17
Рисунок 7.2-16

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Силы
В процессе анализа вы можете задать два типа сил – скаляр силы и вектор силы. В терминах
приложения «Симуляция Кинематики» скаляр силы определяет неизменную по направлению
действия силу, а вектор силы определяет меняющееся в процессе работы механизма направление
силы. Силы не влияют на кинематику движения и применяются только для определения
реакции в узлах.
Скаляр силы
Задается скаляр силы командой меню вставить > нагрузка > Скаляр силы. В диалоговом
окне «Скаляр силы» требуется указать связь действия с точкой приложения силы и базовую
связь. Величина силы может быть определена постоянным значением (режим «Постоянный»)
или зависящей от времени функцией (режим «Функция»). Скаляр силы обычно применяется
для моделирования сопротивления движению.
вектор силы
Задается вектор силы командой меню вставить > нагрузка > вектор силы. Вначале выбирается
тип вектора силы: значение и направление или компоненты. При выбранном типе
«Значение и направление» указывается значение силы и направление ее действия, задаваемое
вектором. При выбранном типе «Компоненты» указываются значения проекций силы на
оси системы координат, и в этом случае значение силы является результирующим проекций. В
диалоговом окне «Векторы силы» требуется указать связь действия с точкой приложения силы
и базовую связь. Величина силы может быть определена постоянным значением (режим «Постоянный»)
или зависящей от времени функцией (режим «Функция»).
моменты
Так же, как и для сил, используются скаляр и вектор момента.
Скаляр момента
Скаляр момента может быть приложен к паре вращения. Для определения скалярного момента
нужно указать величину и выбрать кинематическую пару вращения.
вектор момента
Вектор момента определяет момент, приложенный на некотором расстоянии от оси Z системы
координат. В отличие от скаляра момента вектор момента не требует привязки к кинематической
паре вращения. Вектор момента может быть задан для связи с осью вращения.
пружины, демпферы и втулки
Пружина - это деформируемый элемент, предназначенный для передачи силы или момента
присоединенному объекту. Пружина может быть определена между двумя связями, между
связью и землей или в пределах кинематической пары. Вы можете задать коэффициент жесткости
пружины и свободную длину. Свободная длина является длиной пружины без нагрузки.
Пружина может быть двух типов: пружина сжатия/растяжения и торсион.
Пружина сжатия/растяжения описывается уравнением F=kx, где F – сила, приложенная к
пружине, k – жесткость пружины, x – изменение длины пружины.
437

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Торсионная пружина описывается уравнением T=kΘ, где T – приложенный момент, k –жесткость
пружины, Θ – угловое перемещение пружины от начального угла.
Жесткость пружины может быть задана постоянной величиной либо функцией жесткости и
демпфирования. Начальная длина (или угол) описывает длину пружины на момент начала симуляции
(таким способом неявно задается начальная нагрузка).
Демпфер представляет собой деформируемый элемент, который оказывает сопротивление
приложенной силе, рассеивая энергию и соответственно замедляя движение. Демпферы
часто применяют для моделирования реакции пружины. Как и пружина, демпфер может быть
задан между двумя связями, между связью и землей, а также в кинематической паре скольжения
или вращения. Поэтому демпфер может быть линейным и торсионным.
Демпфер обеспечивает вязкое демпфирование, сила которого рассчитывается по формуле:
F=CV, где F – сила демпфирования, С – коэффициент демпфирования, V– скорость .
Втулка моделирует гибкое соединение между двумя связями или связью и землей. Обычно
её используют для моделирования смазки или управления свободой движения. Втулка бывает
двух типов – общая и цилиндрическая.
Втулку фактически можно считать кинематической парой, однако главное её отличие – в
количестве степеней свободы. Известно, что между двумя связями присутствуют 3 линейные
и 3 вращательных степени свободы. Для каждой степени свободы могут быть заданы три контролирующих
параметра: коэффициент жесткости, коэффициент демпфирования и предварительная
нагрузка.
Общая втулка описывается тремя параметрами: коэффициентом жесткости, коэффициентом
демпфирования и предварительной нагрузкой. Для цилиндрической втулки предварительная
нагрузка не задается.
Таким образом, для определения общей втулки потребуется указать значения 18 параметров.
Однако обычные природные материалы в большинстве своем гомогенны, поэтому их
поведение можно промоделировать четырьмя параметрами, для чего используется цилиндрическая
втулка.
Жесткость втулки определяется так же, как и жесткость пружины, а демпфирование – так
же, как и для демпфера. Предварительная нагрузка может быть как силой, так и моментом и
характеризует условия, существующие на момент начала анимации.
Поведение пружин, демпферов и втулок описывается линейной функцией. Но такие компоненты
как спиральные пружины, трубчатые пружины, различные резиновые амортизаторы,
в действительности имеют отклонения от линейности, при этом жесткость и демпфирование
зависят от относительного смещения и скорости. Используя решатель RecyrDin,
вы можете определить эту нелинейность для пружин, демпферов и втулок, задав таблицы
функций жесткости и демпфирования, зависящих от смещения или скорости. Решатель интерполирует
эту таблично заданную функцию для вычисления значений коэффициентов
жесткости и демпфирования для каждого смещения. Задать эти функции вы можете в диалоговом
окне «Управление функцией XY», которое вызывается при выборе в соответствующей
группе типа функции «Сплайн». Более подробно использование нелинейности описано
в справочной системе NX.
438

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
контакты (2D и 3D)
Контакт позволяет промоделировать столкновение свободного тела с другими телами в
процессе их движения в симуляции. Контакт определяет условия столкновения между телом
и неподвижным телом, двумя подвижными телами и задает условие действия одного тела на
другое.
Вы можете задавать контакт в плоскости (2D-контакт) или в пространстве (3D-контакт).
3D-контакт задается командой вставить > Соединитель > 3D-контакт. В диалоговом
окне требуется выбрать два тела и указать параметры контакта. Во-первых, определяется,
каким образом рассчитывается контакт - на твердом теле или на фасетной геометрии. Задается
жесткость, экспонента силы, значения демпфирующих свойств материала, глубина проникновения,
используется ли кулоновское трение.
2D-контакт используется при моделировании плоской кинематической схемы механизма
и имеет те же параметры, что и 3D-контакт.
пример 7.2-2. использование контактов и пружин
• Рассмотрим более серьезный пример. Откройте файл pendulum2.prt. Сейчас мы дополним
предыдущий пример еще несколькими телами.
• Две связи остаются теми же, что были в предыдущем примере.
• Третьей связью (L003) будет являться куб, расположенный ближе к центру компонента
scale. Связью L004 сделаем компонент sсale (эта связь должна быть фиксированной).
Связью L005 будет второй куб, и его также зафиксируем.
• Кинематические узлы J001 и J002 остаются прежними, только установим для узла J002
на закладке «Водитель» следующие параметры: движитель постоянный, начальное смещение
-30, начальная скорость 5, ускорение 0. Кинематические узлы J003 и J004 фиксированы.
Добавим узел J005, который должен иметь тип «Ползун». В группе «Действие»
выберите в качестве связи J003 и задайте привязку, как показано на рис. 7.2-18.
Рисунок 7.2-18
439

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
440
• Теперь зададим соединители. Первый соединитель – это 3D-контакт между связью
L002 (шарик) и связью L003 (куб). Выберите команду меню вставить > Соединитель
> 3D-контакт, укажите связи L002 и L003 и нажмите ОК. Второй соединитель – это
3D-контакт между кубами (связи L003 и L005), для задания связи повторите приведенные
выше действия. Третий соединитель – пружина, заданная на кинематической паре
J004 (ползуне). Выберите команду меню вставить > Соединитель > пружина, выберите
узел J004, в группе «Жесткость» укажите тип «Постоянный», значение 8, значение
свободной длины установите равным 50, значение начальной длины также 50.
• Установите второй маркер в центр верхней грани связи J003, совместите его систему
координат с абсолютной СК.
• Теперь зададим параметры решения. Так как применяются 3D-контакты, то нельзя использовать
режим «Артикуляция» и требуется перейти в окружение «Динамика». Для
этого нажмите кнопку «Окружение» (первая кнопка в панели инструментов кинематики)
и выберите тип «Динамика».
• В Навигаторе перемещений выберите «Новое решение» и в диалоговом окне укажите
следующие параметры: тип решения «Нормальное выполнение», тип анализа «Кинематика/динамика»,
время 15, шаги 200. Нажмите ОК. Система выполнит расчет кинематики,
и это может занять некоторое время.
• После того, как система выполнит расчет (об этом сигнализирует исчезновение окна
«Система работает» и надпись в строке состояния «Текущее состояние выполнения
100%»), мы можем изучить результат. Нажмите кнопку «Воспроизвести». Система отобразит
анимацию. Вначале шарик займет положение под углом 30 градусов к начальному
положению и затем начнет двигаться, как и в предыдущем примере. После контакта
с кубом он толкнет его (сработает 3D-контакт G001) и продолжит движение.
Куб будет скользить до соударения со вторым кубом (3D-контакт G002) , а затем вернется
в начальное положение (это обеспечивается пружиной S001).
• Четыре шага анимации показаны на рис. 7.2-19.
Рисунок 7.2-19

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• Первая стадия - начало движения маятника. Вторая стадия – соударение с кубом. Третья
стадия – соударение кубов и частичное проникновение друг в друга (соударение
можно сделать и без проникновения). Четвертая стадия – возврат куба на место под
действием пружины.
• Теперь построим графики движения маятника и куба. Для маятника нас будет интересовать
смещение по оси Z абсолютной системы координат, для куба – смещение
по оси X той же системы координат. Для решения motion_1 выберите анализ перемещений
> Графики, выберите соответствующие маркеры и укажите нужные оси.
Результат должен соответствовать рис. 7.2-20. Непрерывная кривая – изменение
Z-координаты маятника, пунктирная кривая – изменение X-координаты куба.
• Поэкспериментируйте самостоятельно с различными значениями жесткости пружины,
попробуйте также заменить ползун на плоскую связь и изменить точку контакта маятника
и куба.
Рисунок 7.2-20
пакетная обработка
Симуляция кинематики, особенно для сложных механизмов, занимает продолжительное
время. Поэтому для вычисления симуляции кинематики механизма, состоящего из большого
количества связей, рекомендуется использовать пакетную обработку. В режиме пакетной
обработки вы можете выполнить проверку на пересечения, выполнить измерения и построить
трассировку механизма.
настройки симуляции кинематики
Окно настроек симуляции кинематики расположено в меню настройки > кинематика.
(рис. 7.2-21). В настройках вы можете выбрать угловые единицы, отображать или не отображать
имена кинематических объектов, общий масштаб изображения объектов, задать значения
гравитационных постоянных и параметров решателя.
441

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
Окна параметров решателя различаются для решателей
RecyrDin и ADAMS. Дополнительно для решателя ADAMS
вы можете выбрать метод расчета 3D-контакта (по фасетам
или точный) и отрегулировать точность вычисления по фасетной
геометрии. Решатель RecyrDin использует для расчета
контакта точную геометрию.
В этом параграфе возможности симуляции кинематики
рассмотрены обзорно, на простых примерах. Для более
подробного ознакомления с возможностями среды «Анализ
кинематики» изучите соответствующие разделы справочной
системы NX.
QuiCk ChECk (быСтрая проверка)
Быстрая проверка представляет собой специальный модуль
для интеллектуальной проверки определения продукта.
Он помогает конструктору убедиться в том, что изделие соответствует
корпоративным стандартам на всех этапах процесса
конструирования.
В настоящий момент функции быстрой проверки являются
устаревшими, и вместо них рекомендуется использовать
Check Requirements (Проверку требований). Об этом NX сообщает при вызове функций быстрой
проверки. Однако данный функционал оставлен в системе для совместимости с предыдущими
версиями.
Чтобы использовать быструю проверку, необходимо подключить меню «Быстрая проверка»
(рис. 7.2-22). Доступны четыре типа проверок:
1) контроль выражений;
2) контроль расстояния;
3) контроль размера;
4) контроль массы.
Заданные проверки отображаются в Навигаторе модели
в специальной папке «Проверки» (рис. 7.2-23).
Для каждого типа быстрой проверки вы можете задать
число, которое должно ограничивать значение контролируемого
показателя (значения выражения, размера, расстояния
между объектами, массы).
В качестве выражения может быть использовано любое
числовое выражение из рабочей модели. При контроле расстояния система измеряет минимальное
расстояние между объектами измерения (требуется выбрать два объекта). При контроле
размера требуется выбрать объект, размер которого будет контролироваться. Аналогично
требуется поступить и для контроля массы.
442
Рисунок 7.2-21
Рисунок 7.2-22
Рисунок 7.2-23

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
Диалоговые окна для всех 4 типов проверок примерно
одинаковы. Рассмотрим на примере окна контроля расстояния
(рис. 7.2-24).
В первом поле выбирается тип сравнения (строго больше,
больше либо равно, равно, меньше либо равно, строго меньше).
В следующем поле вводится число ограничения. Далее –
адрес электронной почты, на который нужно отправить уведомление
в случае невыполнения указанного условия, ссылка
(URL), текст уведомления, имя элемента контроля. Если условие,
заданное для быстрой проверки, не выполняется, система
отображает диалоговое окно (рис. 7.2-25).
Быстрая проверка обладает определенными недостатками,
например, нельзя в одном элементе контроля задать
диапазон. То есть если требуется
проверить соблюдение минимальных
и максимальных ограничений
по массе, необходимо задать два
элемента контроля.
Рисунок 7.2-25
Рисунок 7.2-24
ChECk REQuiREMENtS (проверка требований)
Проверка требований является более мощным механизмом, пришедшим на смену быстрой
проверке.
Проверка требований представляет собой инженерный инструмент для контроля значений
важных параметров изделия, позволяющий своевременно информировать исполнителя о нарушении
предъявляемых к изделию требований. Проверка требований дает ответ, удовлетворяет
ли модель формальным ограничениям, определенным в некотором внешнем источнике,
например, модуле Teamcenter Requirements или в критериях,
задаваемых пользователем, оформленных в виде файла
электронной таблицы или XML-файла.
Проверка требований вызывается в меню анализ > проверка
требований.
Чтобы задать новое пользовательское требование, нужно
вызвать диалоговое окно «Проверка требований». Для
этого в меню «Анализ» выберите пункт «Проверка требований».
В открывшемся диалоговом окне нажмите правой кнопкой
мыши на список «Требования пользователя» и выберите
«Новое требование». Откроется диалоговое окно «Требования
Ad Hoc» (рис. 7.2-26).
В окне вы можете задать имя требования, значимость требования
(ошибка, предупреждение, информация), метод задания
требования и описание требования.
Рисунок 7.2-26
443

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
В качестве метода задания доступен выбор одного из трех вариантов:
1) одностороннее сравнение – повторяет функционал быстрой проверки, задает одно
ограничение на значение переменной;
2) двустороннее сравнение – позволяет задать нижнюю и верхнюю границы значения переменной
(строгое и нестрогое неравенство);
3) установить значения – формируется список удовлетворяющих требованию значений переменной.
Статус и результат проверки отображаются следующими индикаторами:
– проверка выполнена;
– предупреждение;
– информация;
– ошибка;
– проверка не применяется (подавлена);
– неверная формула или формула не указана.
444
пример 7.2-3. проверка требований
• Откройте файл cube.prt.
• Установите параметры требования, как показано на рис. 7.2-33, и нажмите ОК.
• После задания требования вы можете определить набор переменных, которые должны
удовлетворять требованию.
• Нажмите на узле new1 правую кнопку мыши и из списка выберите «Новая проверка».
В списке добавится узел с именем «А». Нажмите на нем правую кнопку мыши, выберите
«Редактор выражений» и выберите параметр с именем p14 («Скругления ребра (2)
Радиус 1»). Нажмите ОК. Добавьте тем же способом проверки для параметров p20 и
p26, после чего нажмите ОК.
• Теперь у вас в Навигаторе модели появился дополнительный узел «Проверки», в котором
отображается заданная нами проверка new1, примененная к трем радиусам скруглений.
При этом проверки A и B имеют статус «Предупреждение» (рис. 7.2-34). Если выбрать проверку
А в Навигаторе модели, то в узле «История модели» подсветится операция «Скругления
ребра (2)», что позволяет локализовать и быстро устранить нарушение требований.
Рисунок 7.2-33 Рисунок 7.2-34

NX Глава 7. Анализ и средства проверки
• Сейчас проверка new1 сохранена в файле детали. Если нам потребуется проверить
другую деталь, то придется вводить все данные заново. Во избежание этого проверки
лучше сохранить в файлах электронных таблиц или XML.
• Проверка требований часто используется в специальных приложениях NX, например,
«Проектирование автомобиля» для контроля угла обзора, компоновки автомобиля и др.
помощник анализа (ChECk-MAtE)
Помощник анализа представляет собой набор функций для комплексной проверки многочисленных
требований, предъявляемых к разрабатываемому изделию. Помощник анализа
обеспечивает следующий набор проверок:
1) проверку документов моделей на соответствие корпоративным стандартам;
2) проверку параметризации модели;
3) поиск проблем качества модели (нестыковка ребер, нарушение топологии геометрии и т.п.);
4) собираемость конструкции.
Помощник анализа позволяет создать несколько уровней проверок, в том числе индивидуальные
наборы тестов (профили) для файлов моделей. Использование набора тестов в помощнике
анализа позволяет обнаружить недостатки в конструкции непосредственно на этапе конструирования,
что позволяет снизить издержки при подготовке производства, снизить количество
изменений и ускорить выход изделия на рынок. Фактически помощник анализа является инструментом
технического и нормативного контроля. Выполнение проверок может быть проведено
как в интерактивном, так и в пакетном режиме. По сравнению с «Быстрой проверкой» и «Проверкой
требований» «Помощник анализа» является наиболее функциональным приложением.
В стандартную поставку входит большой набор тестов. Кроме этого, вы можете разрабатывать
собственные тесты, приспосабливая инструментарий проверок под нужды вашего
предприятия.
Набор тестов рекомендуется хранить в единой базе знаний.
В помощнике анализа используется несколько специфических терминов.
Файл DFA – это файл, содержащий исходный код базы знаний.
Проверка – это критерий, определенный в файле DFA, соответствие которому может быть
проверено «Помощником анализа».
Файл отчета содержит результаты работы «Помощника анализа».
Профиль – это набор проверок. Вы можете определять свои профили. Профили и отдельные
проверки могут быть сгруппированы для удобства в категории.
Группа команд «Помощника анализа» находится в меню «Анализ». Также можно подключить
соответствующую панель инструментов.
В меню «Помощника анализа», как и в панели инструментов, содержится 5 команд:
«Выполнить проверки» - задание набора тестов для указанной детали, выполнение их и
просмотр результатов;
«Выполнить текущую проверку» - выполняет набор выбранных тестов для текущей детали
или деталей повторно;
«Проверки автора» - позволяет сконфигурировать профиль и проверки;
445

Глава 7. Анализ и средства проверки NX
«Показать флаг результата» - отображает статус выполнения проверок и набор в диалоге;
«Вид результатов проверки» - открывает окно «Результаты проверки» в котором настраивается
вид результатов.
Работа с «Помощником анализа» состоит из четырех шагов: выбор детали (деталей), задание
набора проверок, запуск теста, просмотр результата.
На закладке «Проверки» диалогового окна «Помощник анализа» расположен список категорий:
шаблоны, сборки, моделирование, черчение, структура файлов и др. В каждой категории
содержится набор тестов. Некоторые категории могут содержать подкатегории.
Выбором требуемых проверок вы формируете профиль. Этот профиль может быть сохранен
как файл *.dfa и впоследствии использован для других деталей (рис. 7.2-35).
Кнопку для выполнения проверки с использованием профиля вы можете вынести непосредственно
на панель инструментов NX.
446
пример 7.2-4. помощник анализа
• Откройте файл cube.prt. Запустим команду анализ > помощник анализа > выполнить
проверки. Скомпонуем набор проверок. Перейдите на закладку «Проверка» и
в списке категорий выберите проверки в категории Modeling, в подкатегории Features:
1) Check Feature Positioning (проверка позиционирования конструктивных элементов);
2) Update All Features (проверка состояния обновления конструктивных элементов);
в подкатегории Examine Geometry:
1) три набора проверок Bodies (Consistency, Face-Face Intersection, Data Structures – непрерывность,
пересечения граней, структуры данных);
2) Objects – Tiny (проверка крошечных объектов).
• Запустите проверку, нажав кнопку «Выполнить проверку сопряжения». После выполнения
откроется окно с результатами проверки (рис. 7.2-36).
• Не пренебрегайте возможностями «Проверки требований» и «Помощника анализа».
Использование этих инструментов дает вам возможность убедиться в правильности
конструкции изделий и в конечном итоге сокращает издержки.
Рисунок 7.2-35 Рисунок 7.2-36