NX Advanced Simulation

NX Advanced Simulation. 
Практическое пособие

Москва, 2023

Гончаров П.С., Артамонов И.А., Халитов Т.Ф., Денисихин С.В., Сотник Д.Е.

2-е издание, электронное

УДК
[62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation
ББК
30.4с515
Г65

Г65
Гончаров, П. С.
NX Advanced Simulation : практическое пособие / П. С. Гончаров, И. А. Артамонов, 
Т. Ф. Халитов, С. В. Денисихин и др. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 113 с. — Москва : ДМК 
Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; 
экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-548-0

Данная книга представляет собой практическое пособие, в котором собраны примеры решения 
инженерных задач из области автомобилестроения, турбодвигателестроения, космического 
и авиастроения, кораблестроения. Примеры подобраны так, чтобы они охватывали широкий 
круг задач из различных дисциплин с учетом многих физических явлений, а также необходимые 
для их решения инструменты.
Адресована пользователям системы инженерного анализа NX Advanced Simulation.
В начале каждой главы кратко представлены основные инструменты и подходы, использованные 
для решения описываемой задачи. Все модели, рассмотренные в книге, вы сможете 
найти на корпоративном сайте компании Siemens PLM Software по ссылке: www.siemens.com/
plm/ru/cae_models.

УДК [62-112+624.01]:004.9NX Advanced Simulation 
ББК 30.4с515

Электронное издание на основе печатного издания: NX Advanced Simulation : практическое пособие / 
П. С. Гончаров, И. А. Артамонов, Т. Ф. Халитов, С. В. Денисихин и др. — Москва : ДМК Пресс, 2014. — 112 с. — ISBN 
978-5-97060-142-6. — Текст : непосредственный.

Все права защищены © 2014 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. All rights reserved. Siemens и логотип 
Siemens являются товарными знаками Siemens AG. D-Cubed, Femap, Geolus, GO PLM, I-deas, Insight, JT, NX, Parasolid, Solid Edge, 
Teamcenter, Tecnomatix и Velocity Series являются товарными знаками Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. 
или ее филиалов в США и других странах. Все прочие упомянутые логотипы и товарные знаки являются собственностью их 
владельцев.
Издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских 
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-548-0
©  Общество с ограниченной ответственностью 
«Сименс Индастри Софтвер», 2014
©  Оформление, Общество с ограниченной 
ответственностью «Сименс Индастри Софтвер», 
2014
© Издание, ДМК Пресс, 2014

Содержание

3

Содержание

ПРЕДИСЛОВИЕ ..................................................................................................... 5

Глава 1. Анализ прочности рамных конструкций ............................................... 7
1.1. Идеализация геометрии ...........................................................................................................7
1.1.1. Удаление фасок и зазоров ..............................................................................................8
1.1.2. Объединение тел ...........................................................................................................11
1.1.3. Создание срединных поверхностей .............................................................................12
1.2. Создание КЭ модели ...............................................................................................................12
1.2.1. Задание условий непрерывности КЭ сеток ..................................................................12
1.2.2. Исправление полигональной геометрии .....................................................................14
1.2.3. Создание 2D сетки. Задание физических свойств .......................................................16
1.2.4. Создание 3D сетки. Задание физических свойств .......................................................16
1.2.5. Создание 0D и 1D элементов ........................................................................................17
1.3. Подготовка расчетной модели и запуск на решение .............................................................20
1.3.1. Задание условий склеивания частей конструкции  .....................................................21
1.3.2. Задание нагрузок и ограничений .................................................................................22
1.3.3. Выполнение статического анализа ...............................................................................23
1.4. Анализ результатов статического анализа .............................................................................24

Глава 2. Расчет НДС вращающихся конструкций ............................................. 26
2.1. Открытие геометрических моделей .......................................................................................27
2.2. Создание файлов КЭ и расчетных моделей ............................................................................27
2.3. Создание КЭ модели ...............................................................................................................29
2.4. Задание граничных условий и подслучаев нагружения ........................................................34
2.4.1. Задание условий циклической симметрии ..................................................................34
2.4.2. Задание ограничений на перемещение .......................................................................35
2.4.3. Задание центробежной нагрузки .................................................................................35
2.4.4. Задание контактного взаимодействия и соединения со склеиванием .......................36
2.4.5. Создание подслучаев нагружения ................................................................................37
2.4.6. Настройка параметров и запуск на расчет  ..................................................................37
2.5. Просмотр и обработка полученных результатов ....................................................................37

Глава 3. Нелинейный анализ с учетом контактного взаимодействия ............. 40
3.1. Импорт геометрической модели и создание КЭ модели .......................................................41
3.2. Создание расчетной модели ...................................................................................................44
3.2.1. Задание ограничений на степени свободы ..................................................................44
3.2.2. Задание давления и условий контактного взаимодействия ........................................46
3.2.3. Задание параметров решения ......................................................................................48
3.3. Решение и анализ результатов ...............................................................................................49

Глава 4. Вибропрочность корпусных деталей .................................................. 52
4.1. Просмотр и изменение исходной КЭ модели .........................................................................53
4.2. Подготовка расчетной модели................................................................................................56
4.3. Определение собственных частот и форм свободных колебаний ........................................58

Содержание

4

4.4. Предварительный анализ динамических характеристик в NX Response Simulation ..............60
4.5. Создание функции ударного воздействия..............................................................................64
4.6. Переходный процесс при ударном воздействии в направлении оси OX ...............................64
4.6.1. Создание переходного события ....................................................................................65
4.6.2. Вычисление максимальных напряжений .....................................................................67
4.6.3. Построение откликов перемещений ............................................................................68
4.6.4. Вывод распределения перемещения всей конструкции для временной области ......69
4.6.5. Построение откликов напряжений ...............................................................................71
4.6.6. Вывод распределения напряжений для двух временных точек ..................................72
4.7. Переходный процесс при ударном воздействии в направлении оси OY ...............................74
4.8. Переходный процесс при ударном воздействии в направлении оси OZ ...............................76
4.9. Сравнение результатов  ..........................................................................................................78

Глава 5. Суперэлементное редуцирование для анализа свободных 
колебаний ......................................................................................................... 80
5.1. Создание КЭ сборки ................................................................................................................81
5.2. Создание 1D соединений между КЭ моделями ......................................................................83
5.3. Создание расчетной модели без суперэлементного редуцирования  ...................................85
5.4. Создание условий склеивания поверхность–поверхность ....................................................85
5.5. Запуск на расчет. Определение собственных частот и форм свободных колебаний ...........86
5.6. Редуцирование одной из компонент CAD сборки ..................................................................87
5.7. Суперэлементное представление компонент КЭ сборки  ......................................................87
5.8. Определение собственных частот и форм колебаний редуцированной модели  .................89
5.9. Просмотр и сравнение результатов ........................................................................................90

Глава 6. Моделирование течений в воздуховодах ........................................... 92
6.1. Моделирование течения воздуха по воздуховодам...............................................................92
6.1.1. Постановка задачи ........................................................................................................92
6.1.2. Подготовка геометрии ..................................................................................................93
6.1.3. Построение сеточной модели ......................................................................................93
6.2. Подготовка задачи к расчету ..................................................................................................94
6.3. Экспорт данных .....................................................................................................................103

Глава 7. CFD-анализ работы климатической установки ................................. 105
7.1. Импорт геометрии ................................................................................................................105
7.2. Создание области течения ....................................................................................................106
7.3. Построение сеточной модели ...............................................................................................106
7.4. Задание граничных условий .................................................................................................107
7.5. Визуализация результатов  ...................................................................................................110

Предисловие

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вы держите в руках вторую книгу на русском языке, адресованную пользователям системы инженерного 
анализа NX
ТМ Advanced Simulation. Группа САЕ компетенций компании Siemens PLM 
Software поддерживает российских пользователей NX CAE из различных областей промышленности. 
Мы стараемся делиться накопленным опытом, помогаем адаптировать современные технологии 
и подходы в разных индустриях.

NX Advanced Simulation является полнофункциональной программной системой для выполнения 
мультифизичных расчетов инженерами различных специализаций – специалистами в области 
прочности и динамики, специалистами по анализу аэродинамических характеристик, 
внутренних и внешних течений жидкостей и газов, по анализу систем охлаждения, инженерами-
экспериментаторами. 

Данная книга представляет собой практическое пособие, в котором собраны семь примеров 
разобранных решений задач из области автомобилестроения, турбо- и двигателестроения, космического 
и авиа-, кораблестроения. Мы постарались подобрать примеры так, чтобы они охватывали 
широкий круг задач из различных дисциплин с учетом многих физических явлений, 
а также необходимые для их решения инструменты. В начале каждой главы кратко представлены 
основные инструменты и подходы, использованные для решения описываемой задачи.

В первой главе рассмотрены вопросы анализа прочности рамных конструкций с применением 
расчетчиками инструментов синхронного моделирования для быстрого изменения геометрии, 
с построением и сопряжением 1D, 2D и 3D конечно-элементных (КЭ) сеток. В примере использована 
характерная для локомотивостроения конструкция, но аналогичные подходы и приемы 
могут быть применены и для других рамных конструкций.

Во второй главе большее внимание уделено построению гексаэдральных структурированных КЭ 
сеток, в том числе с использованием шаблонных 2D сеток, подготовке геометрии и КЭ сетки для 
областей контактного взаимодействия, а также постановке специфических граничных условий 
с учетом циклической симметрии. Рабочее колесо турбомашины выбрано как характерный объект 
для проведения таких типов расчетов.

Анализ задачи с учетом неупругого поведения материала, пространственного нелинейного контактного 
взаимодействия, включая контакт тела с самим собой, проведен в третьей главе. Здесь 
же даны некоторые рекомендации по настройке решений для подобного класса задач.

Анализ динамического поведения, отклик на переменное длительное или кратковременное 
ударное воздействие являются важной составляющей расчетного обоснования прочности конструкций. 
На примере корабельного пульта управления в четвертой главе рассмотрена задача 
вибропрочности, показаны способы представления результатов динамического анализа в виде 
графиков. Описанные подходы могут быть рекомендованы для использования при динамическом 
анализе задач из любой отрасли промышленности.

При работе с большими и сложными конструкциями может возникать нехватка как машинного, 
так и кадрового ресурса. В пятой главе дано описание подхода для оптимизации усилий инженеров 
при работе со сложными объектами. Ис пользование уникальной технологии КЭ сборки, 

Предисловие

6

а также редуцирования модели (суперэлементного представления) существенно сокращает требуемый 
для решения задачи ресурс.  

Шестая и седьмая главы посвящены вычислительному анализу гидрогазодинамических процессов (
CFD). В качестве объекта выбрана система вентиляции легкового автомобиля. Стоит отметить, 
что описанные подходы могут быть использованы и для других объектов из различных 
индустрий. В главе подробно рассмотрены приемы по обработке и построению вспомогательной 
геометрии для CFD-анализа, вопросы построения специфических сеточных моделей с учетом 
пристеночных призматических слоев, особое внимание уделено обмену данными между несколькими 
задачами и обработке результатов CFD-расчета.

Эта книга будет полезна тем, кто освоил начала работы в NX Advanced Simulation и кому необходима 
практика применения системы для различных расчетных задач. 

Коллектив авторов желает вам успехов в освоении и применении NX Advanced Simulation!

Глава 1. Анализ прочности 
рамных конструкций

 
Упругодемпферные 1D элементы 
 
Синхронная технология
 
Использование фильтров выбора
 
Срединные поверхности
 
Склеивание граней и ребер оболочечных и пространственных элементов
 
Линейный статический анализ

В данном примере рассматривается расчет на статическую прочность рамы тележки локомотива 
для одного расчетного режима. Основной акцент сделан на подготовку геометрии и создание КЭ 
модели.

В соответствии с нормами для расчета и оценки прочности несущих элементов локомотивов 
рама тележки является ответственным элементом конструкции, и необходимо проводить ее расчет 
на статическую прочность. Рама тележки служит для передачи усилий от колесных пар на 
раму кузова, вертикальной нагрузки между отдельными колесными парами, восприятия тягового 
усилия при трогании с места, усилий при торможении и прочего.

Рама тележки представляет собой преимущественно тонкостенную сварную конструкцию 
(рис. 1.1), состоящую из двух боковых, одной концевой и шкворневой балок, а также нескольких 
кронштейнов. Массивные части конструкции (кронштейны подвески тягового двигателя, 
наклонной тяги, тяговых подводок) описываются 3D твердотельными элементами, тонкостенные – 
2D оболочечными элементами. С использованием 1D элементов моделируются элементы, 
необходимые для передачи усилий между кузовом и тележкой, рамой тележки и колесной 
парой, сил тяги, торможения и прочего. Амортизаторы моделируются 1D упругодемпферными 
элементами.

Пример состоит из следующих этапов:

 
Идеализация геометрии
 
Создание КЭ модели
 
Подготовка расчетной модели и запуск на решение
 
Анализ результатов статического анализа

1.1. Идеализация геометрии

Запустите NX версии не ниже 9.0 и откройте файл Bogie_frame.prt. Далее перейдите в модуль NX 
Расширенная симуляция (NX Advanced Simulation).

Задайте настройки диалоговых окон по умолчанию, выберите через главное меню: Меню  Настройки  
Интерфейс пользователя  Общий  Сброс настроек диалогового окна (Menu  
Preferences  User Interface  General  Reset Dialog Memory), нажмите OK.

Идеализация геометрии

Глава 1. Анализ прочности рамных конструкций

8

Нажмите правую клавишу мыши на Bogie_frame.prt в Навигаторе симуляции (Simulation 
Navigator) и выберите Новая КЭ модель (New FEM…) для создания КЭ модели. Появилось диалоговое 
окно создания новой модели, убедитесь, что в качестве шаблона выбран NX Nastran. По 
умолчанию программа предложит имя файла bogie_frame_fem1.fem, укажите папку, в которой 
он будет храниться, и нажмите OK. 

В диалоговом окне Новая КЭ модель (New FE model) убедитесь, что установлен флажок Создать 
идеализированную деталь (Create Idealized Part). Добавьте точки в КЭ модель, для этого 
установите флажок Точки (Points) в окне команды Опции геометрии (Geometry Options), нажмите 
ОК. 

1.1.1. Удаление фасок и зазоров

Первоначально необходимо удалить фаски под сварку и зазоры. Это позволит упростить создание 
срединных поверхностей и сократить количество операций по их исправлению.

Перейдите к идеализированной модели двойным нажатием левой клавиши мыши на bogie_
frame_fem1_i.prt в Навигаторе симуляции (Simulation Navigator). При этом появляется окно 
предупреждения о том, что если необходимо выполнять какие-либо операции с геометрией, то 
следует создать ассоциативную копию геометрической модели. Нажмите ОК. Для всех тел выполните 
команду Перенос (Promote) для создания ассоциативной копии.

Рисунок 1.1. Геометрическая модель рамы тележки 

Удаление фасок под сварку рассматривается на примере одного из листов боковой балки рамы 
тележки. Выберите команду Удалить грань (Delete face) группы инструментов Синхронное моделирование (
Synchronous Modeling) и укажите грани, которые необходимо удалить. Для автоматического 
выбора всех граней кромки (рис. 1.2) установите фильтр выбора Касательные 
грани (Tangent faces).

Рисунок 1.2. Удаление граней кромок под сварку

Исследуйте модель и удалите другие фаски под сварку по аналогии.

Обратите внимание, модель в некоторых местах содержит зазоры. Для заполнения зазоров выберите 
команду Заменить грань (Replace face) группы инструментов Синхронное моделирование (
Synchronous Modeling) и укажите (рис. 1.3):

 
в поле Грань для замены (face to replace) – грань, которую хотите сместить;
 
в поле Замена грани (Replacement Face) – грань, до которой необходимо сместить первую 
выбранную грань;
 
нажмите ОК.

Исследуйте модель и заполните остальные зазоры по аналогии.

Используя команду Заменить грань (Replace face), выровняйте, как показано на рис. 1.4А:

 
верхний торец листа 1 относительно торца листа 2;
 
боковой торец листа 1 относительно грани листа 3. 

Идеализация геометрии

Глава 1. Анализ прочности рамных конструкций

10

Выровняйте остальные грани пластины 1 и 4 по аналогии.

Используя команду Переместить ребро (Move Edge) панели инструментов Синхронного моделирования (
Synchronous Modeling), переместите ребро А от точки 1 до точки 2, ребро Б от точки 
3 до точки 4 (рис. 1.4).

Выполните выравнивание торцов листов для другой боковой балки.

Рисунок 1.3. Заполнение зазоров

Рисунок 1.4. Выравнивание торцов листов

1.1.2. Объединение тел

На следующем шаге необходимо выполнить объединение всех тел в одно тело. Это позволит сократить 
количество операций при работе со срединными поверхностями.

Используя команду Скрыть (Hide), погасите желтые и оранжевые тела. Для быстрого выбора 
всех этих тел воспользуйтесь фильтром выбора по цвету (рис. 1.5):

 
в диалоговом окне Выбор по классу (Class selection) выберите команду Фильтр по цвету 
(Color Filter);
 
в появившемся диалоговом окне Цвет (Color) активируйте опцию Наследовать от объекта 
(Inherit from Object);
 
последовательно укажите по одной грани желтого и оранжевого тела, нажмите ОК;
 
прямоугольником либо комбинацией клавиш Ctrl+A выделите все тела, при этом будут выбраны 
только желтые и оранжевые, нажмите ОК.

Рисунок 1.5. Выбор тел с использованием фильтра выбора по цвету

Перейдите в приложении Моделирование (Modeling) и выберите команду Объединение (Uni-
te). В диалоговом окне укажите:

 
Тело построения (Target) – выберите одно тело, например верхний лист концевой балки;
 
Инструмент (Tool) – выберите все остальные тела;
 
нажмите OK.

Вернитесь в приложение Расширенная симуляция (Advanced Simulation).

Идеализация геометрии

Глава 1. Анализ прочности рамных конструкций

12

1.1.3. Создание срединных поверхностей

Следующим шагом является создание срединных поверхностей тонкостенной части конструкции (
объединенное тело) и опор под буксовые пружины (желтые тела) в рамках идеализированной 
модели. 

Используя команду Показать (Show), отобразите оранжевые тела. По аналогии с предыдущим 
шагом воспользуйтесь фильтром выбора по цвету. 

С целью создания срединных поверхностей на панели инструментов Подготовка геомет рии 
(Geometry Preparation) выберите команду Срединная поверхность по парам граней (Mid sur-
face by Face Pairs). В появившемся диалоговом окне:

 
выберите все тела;
 
Стратегия (Strategy) – Прогрессивная (Progressive);
 
нажмите на Автоматически создать пары граней (Automatically Create Face Pairs);
 
в группе Настройки отображения (Display Options) установите флажок Скрыть твердые тела 
при применении (Hide Solid Body Upon Apply);
 
нажмите OK.

1.2. Создание КЭ модели

1.2.1. Задание условий непрерывности КЭ сеток

Двойным нажатием левой клавиши мыши на файл Bogie_frame_fem1 в окне Вид файла симуляции (
Simulation File View) перейдите к КЭ модели. Комбинацией клавиш CTRL+W вызовите 
команду Показать и скрыть (Show and Hide) и скройте все твердотельные элементы.

Перед тем как создавать КЭ модель, необходимо сшить срединные поверхности для непрерывности 
будущей оболочечной сетки.

Сначала сшейте проблемные зоны 1 и 2 (рис. 1.6, А). На панели инструментов Полигональная 
геометрия (Polygon Geometry) вызовите команду Сшить ребра (Stitch Edge), в графической области 
подсветились ребра, отвечающие за свободные границы листовых тел. В диалоговом окне 
Сшить ребра (Stitch Edge) выполните следующие действия (рис. 1.6Б):

 
Метод (Method) – Автоматически (Automatic);
 
Геометрия для сшивания (Geometry to Stitch) – Ребро к ребру (Edge to Edge);
 
выберите 3 полигональных тела, как показано на рис. 1.6Б;
 
нажмите Применить (Apply); 
 
смените Метод (Method) на Вручную (Manual);
 
Исходное ребро (Source Edge) – выберите ребро 1 (рис. 1.6В);
 
Геометрия построения (Target geometry) – выберите ребро 2;
 
нажмите OK.

В результате выполненных операций три грани (рис. 1.6Б) должны пересекаться по одному ребру. 
Аналогично выполните сшивку ребер зоны 2.