1、中国北车集团 齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司数字化仿真(CAE)解决方案通力有限公司2006-8-14目录1概要32UGS PLM Solutions数字化仿真解决方案的独到之处4多CAD有限元建模和可视化工具4快速而高效的有限元建模能力4新一代的有限元模型管理技术 装配有限元（AFEM）6广泛的求解技术63NX NASTRAN 提供工业标准的有限元求解器64UGS PLM Solutions数字化仿真解决方案应用8零部件受力分析8动力性能分析8动力分析8结构优化95UGS PLM Solutions CAE实施平台9CAE工程的基本框架9CAE工程功能的实现10附录A UGS PLM 2、DSS产品介绍11附录B HyperMesh功能介绍19附录C UGS公司介绍24附录D 通力有限公司（UFC）介绍271 概要UGS PLM Solutions提供完整的、世界一流的数字化仿真解决方案，帮助用户优化产品开发的全过程，以满足产品严格的质量和性能要求。随着计算机硬件的飞速提高和数值计算技术的不断进步，数字化仿真技术在各个行业的应用不断向纵深发展，其地位与作用也变得十分重要，在国外CAE作为一个必备的工具，许多企业都有专门的CAE分析队伍，而在国内CAE也在被重视，如铁路机车车辆、汽车、航空航天。CAE（计算机辅助工程）分析是采用虚拟分析方法对结构（场）的性能进行模拟（仿真），预测3、结构（场）的性能，优化结构（场）的设计，为产品研发提供指南，为解决实际工程问题提供依据。CAE和其它诸如信息化产品最本质的区别在于：其它信息化产品让企业降低了成本，而CAE为企业产品产生了高附加值，真正能为现代企业创造高额利润，这才是提高企业核心竞争力的关键所在。CAE在优化结构设计、提高产品质量、减少试验样品、缩短产品研发周期、降低产品成本等方面发挥了巨大作用，取得了明显的经济效益。现代产品研发流程中，通常使用CAD建模，用CAE进行仿真。因此，许多人的眼里，CAE理所当然是CAD的后端技术了。但其实恰恰相反，在先进研发流程中，CAE是CAD的“先行”技术。在新产品设计周期里，CAD付诸实施4、之前，CAE已经行动了。CAD并不是贯穿整个研发周期的技术，CAE却是，它在产品研发全过程中影响着设计。仿真技术越早地被应用于设计流程，它产生的投资回报率也将越高。2 UGS PLM Solutions数字化仿真解决方案的独到之处多CAD有限元建模和可视化工具NX MasterFEM提供你一种从建立有限元模型到查看和输出分析结果的综合能力，MasterFEM的建模核心是I-Deas Master Modeler，提供了其他CAE前后处理无法比拟的超强建模能力，可以直接使用来自I-deas系列建模和装配分析包的几何模型，同时也提供了强大的CAD转换接口，快速正确地导入第三方的CAD几何。通过Pr5、oe接口可以快速读入CAD模型及装配模型，包括装配位置和特征；由于其强大的几何建模能力，可以快速地修补和简化导入的几何模型。 快速而高效的有限元建模能力NX MasterFEM除了能快速的获取几何源，在模型简化和网格生成方面也有她非常独特的技术，包括几何体提取、抽取中面、区域网格划分技术、相似网格、焊缝/筋提取等。这项获得专利的区域网格section mesh技术突破了一般前后处理完全依赖于几何体的网格划分技术，可以大大加快网格划分的速度和极大提高网格质量、减少网格数量。比如，对于一些复杂的片体几何，在生成整个几何时往往会有许多碎面或狭长条面或几何缺陷，利用区域网格技术可以自动或人工指定区域来6、缝合碎面和狭缝及缺陷，生成规则网格，也可以将来自扫描设备或其他数据源的STL几何自动生成大的规则区域，便于网格生成，她的Section on mesh技术更能快速的提高网格的质量。还有她的由网格生成几何拓扑技术会大大帮助你的设计。中面提取在航空航天领域十分有用，因为许多结构都是薄壁构件，需要用面网格（板或壳单元）来处理，几何中面是最理想的，但许多前后处理软件不具备这样的功能，即使有也是很弱。NX MasterFEM的提取中面功能十分强大，不仅能快速提取中面几何，还能记录每个面的厚度，而且能快速处理面之间的连接关系。此外她的相似网格技术和焊缝/筋提取技术、以及在孔的周围生成映射网格也是一绝。新一7、代的有限元模型管理技术 装配有限元（AFEM）NX MasterFEM不仅能对CAD模型进行装配管理，还能对有限元模型按CAD装配进行有限元模型的装配进行管理，这大大提高了系统级多零件有限元模型的生成效率。对于一个装配体可以由若干个分析人员同时并行地对各个零件进行网格划分，然后直接进行装配，同时保持了CAD与有限元模型之间的协同性，即如果某几个零件的设计发生改变就可以快速地对有限元模型进行更新，而不需要从新导入几何和网格重划分，而且所有的材料属性与物理属性与几何和网格无关；此外，它可以在一个数据库中定义多种装配关系，包括一个零件的多种网格，一个系统的多种位置关系等。广泛的求解技术UGS PLM8、 Solutions的数字化仿真解决方案把四个优秀的求解器，NX NASTRAN、I-Deas Model Solution、ESC、TMG纳入在NX MasterFEM的集成环境下、可以进行结构静/动力、声/振耦合、疲劳耐久性、气弹性、流体、热（辐射）分析，同时通过NX MasterFEM提供的各种求解的接口可以构成完整的数字仿真解决方案。3 NX NASTRAN 提供工业标准的有限元求解器由NASA组织开发的NASTRAN经历30多年的工程检验已成为工业界公认的分析标准，UGS PLM在2003年获得了NASTRAN的开发权，推出了集成于NX环境下的新一代NASTRAN NX NASTRA9、N。她包含以下的功能模块：NX Nastran Basic是Nastran的核心子集,包括了一系列分析功能例如线性静态分析,正则模态分析,线性屈曲分析以及热传递分析，NX Nastran Basic为您提供了有限元分析所需的单元类型库,模型材料库，支持强有力的边界条件管理能力，提供系列的包括屈曲分析的线性算法控制能力以及无限规模的正则模态分析能力，支持稳态和瞬态热传递分析的解算能力。NX Nastran Basic在您的虚拟产品开发流程中拥有很关键的地位,为产品性能开发的数字化原型和仿真模拟提供了广泛应用的CAE解决方案。NX Nastran Dynamic Response是对NX Nast10、ran Basic的扩充，可分析载荷和运动在时域或频域范围内对结构的影响。瞬态响应可帮助您预测随时间变化的输入对结构的动力响应；频率响应可预测结构在稳态振动激励下的响应。结构的动力响应是由其固有频率控制的，如果输入激励的频率与结构某阶固有频率接近，则会引起结构的共振以致发生破坏，因此，了解结构的动力响应，可以避免设计的频率落在破坏的频率范围内。NX Nastran Non-linear能分析材料非线性、几何非线性和接触问题，即小应变非线性弹性、大应变超弹性、粘弹性（蠕变）、非线性屈曲和后屈曲，还可计算非线性模态。NX Nastran Superelements 提供了求解大型系统方程更有效的方11、法超单元，超单元模块是NX Nastran Basic的附加模块，它能有效地把规模很大且复杂的有限元模型分解成许多等价的子结构，这些子结构就叫超单元。NX Nastran超单元能应用于所有的NX Nastran分析类型；在大规模、系统级分析上特别有效，例如整架飞机、整车或者整梁摩托车；逐级运行和子装配求解。.NX Nastran Distributed Memory Parallel可以求解非常庞大的有限元模型，利用NX Nastran DMP可以在不同的计算机上计算模型的不同部分，程序自动将大模型拆分成一系列小部分或小区域，即区域拆分，这些小的模型同时分配到不同的计算机上实现并行计算，区域拆12、分和并行计算可以大大降低对计算机资源的要求（内存和空间），充分利用现有的资源计算大模型问题。NX Nastran DMAP能够帮助用户在NX Nastran中实现二次开发，DMAP能帮助用户改变或直接产生新的求解序列,通过矩阵的合并、分离、增加、删除、或将矩阵输出到有限元后处理、机构分析、测试相关性等一些外部程序中,DMAP还允许在 NX Nastran中直接执行外部程序。另外,用户还可利用DMAP编写用户化程序, 操作数据库流程。此外，还可以调用NX Nastran提供的上百个功能和预处理模块，并可以实现条件语句If-then-else和循环。NX Nastran Optimization传13、统典型的人工产品设计循环是“建模测试评估改进”，但是，人工方法每次只能对一个参数发生变化后的设计效果进行评估。NX Nastran优化通过复杂的算法，高效自动地在整个设计空间找到各种参数的某种特定的组合，得到优化的设计或者性能。为了让程序理解你所谓的“优化”，你必须指定设计或者性能目标，例如最小重量、形状约束或者最小应力或应变。你可改变的设计参数包括几何、材料和连接属性。 优化能在很多地方发挥关键作用，例如飞行器的减重或减小应力；包装约束条件下的产品形状优化；多准则换位研究例如车辆疲劳与振动特性之间的关系。I-Deas NX 增强的分析能力I-Deas NX系列求解器扩展的传统NASTRAN的14、求解能力，已成为NX Nastran的组成部分，她的产品寿命预测分析模块可以预测产品在遭受规定循环载荷作用下的强度和疲劳安全性，使用单轴和双轴的应力循环来预测该产品的生命周期，利用线性和非线性的应力结果检验产品设计的强度和疲劳安全，分析由于最大应力和循环应力综合作用下模型的失效破坏问题，强度和疲劳安全结果帮助优化设计确定哪些设计部位是不安全或则是保守的，无需重新解算有限元模型就能快速针对新设计进行假定方案分析，预测改动带来的影响。4 UGS PLM Solutions数字化仿真解决方案应用UGS PLM Solutions数字化仿真解决方案可以从以下几个方面为您的设计提供帮助和指导：零部件受力15、分析首先必须校核每个零部件的强度，各零部件的应力分布、变形决定其能否正常工作，可根据不同的要求作分析计算：1. 简单的强度、刚度校核：仅对单个零件作线性静力分析，通常在一小时之内（最快几分钟）就可完成，得到零件的应力分布，变形，进行快速设计校核。2. 零部件装配后的分析，可以考虑各零件之间的相互作用，更真实地反映零件受力情况，包括螺钉连接，铆钉连接处的局部应力分布，强度。工具：NX MasterFEM前处理、NX Nastran应力分析动力性能分析核心承载部件，1. 模态分析：通过模态分析得到各阶自然频率，了解动力性能2. 响应谱或随机振动分析模拟3. 耐久性分析评估工具：NX MasterF16、EM前处理、NX Nastran Dynamic Response、I-Deas Durability动力分析1. 模态分析2. 试验/分析相关性工具：NX MasterFEM前处理、NX Nastran Basic + DMAP、MTS结构优化为了降低材料成本，提高系统性能，必须进行结构优化分析，在满足频率、位移和应力约束的条件下最大限度的降低结构重量。我们还可以对设计和制造方法提供建议，以优化产品性能和易加工性。工具：I-DEAS NX优化模块用于静力、屈曲和模态分析，NASTRAN用于一些特殊的应用。5 UGS PLM Solutions CAE实施平台CAE工程的基本框架CAD/CAM17、平台：UGI-Deas NX.MasterFEM前后处理系统NX.NASTRANLS-DynaDurability。CAE平台PDM系统CAE工程功能的实现各种分析所需的不同模型由NX MasterFEM生成并能有效的协同管理和更新传热、流体及流固耦合高度非线性、瞬间动力学疲劳寿命分析可靠性分析热传导分析结构优化非线性分析动力响应分析强度刚度分析。DurabilityLS-DynaCAE平台。NX.NASTRANNX.MasterFEM前后处理系统附录A UGS PLM DSS产品介绍1. NX MasterFEM功能介绍2. NX Nastran功能介绍3. UGS PLM Solution18、s产品优势1. NX MasterFEM功能介绍1.1 综述NX NX MasterFEM是UGS PLM Solutions系列产品中一个独立运行的CAE前后处理软件，是用于创建和分析有限元模型的核心仿真软件包。这个产品具有多个附加模块，但是其自身包括了全面的有限元模型仿真功能。NX NX MasterFEM的全面功能从模型准备、生成、验证到可视化等更多能力，其接口全面支持标准和非标准的分析和CAD系统，其灵活的后处理工具使有限元模型仿真这个迭代的过程变得友好、可靠并且更加快速。NX NX MasterFEM提供你一种从建立有限元模型到查看和输出分析结果的综合能力，NX NX MasterF19、EM直接使用来自NX系列建模和装配分析包的几何模型，强大的CAD转换接口快速正确地导入非原始的NX几何，各种附加的功能模块极大地加强了NX MasterFEM的有限元分析能力。NX NX MasterFEM包含各种基本的建模功能，如：自动或手工网格生成、载荷和边界条件施加、和模型检查等，强大的可视化工具可以进行快速显示，能同时显示多个结果和方便地打印显示内容，此外，广泛的后处理功能可以以电子表格形式查看和输出分析结果，并提供各种图表工具以获得对结果的理解。NX NX MasterFEM提供了各种成熟的模型编辑功能，包括： 以交互方式屏蔽或删除在Master Modeler中定义的特征 有20余20、种增加、修改、删除实体（点、曲线、面和体）的方法 为了得到壳单元的精确结果，在Master Modeler中自动提取中面，壳单元厚度直接从中面获取 通过I-deas NX系列的Team Data Manager，使分析数据和原始零部件几何相关联（如果原始零部件更新，就会通知仿真用户，以便做适当的更新） 独特的体分割功能，能快速分割几何体，从而易于网格控制和边界条件定义1.2 网格技术一流的网格生成功能生成能够描述结构刚度特性的网格通常是有限元建模过程中十分耗时、费力的工作，另外，对单元类型的选择和合适的网格密度以保证计算结果的有效和准确是有限元分析“艺术”的必要部分。自由网格剖分NX Mast21、erFEM能够在曲面和几何实体上生成用户可控制的分布网格，单元数目可达数百万。曲面可由不限数目的曲线定义；实体则可由不限数目的面构成。NX MasterFEM能够通过单个步骤直接对Master Modeler中几何形体进行自由网格剖分。自由网格功能包括： 对面和体进行自动剖分，没有拓扑限制 线性和二次四边形和三角形面网格，或者以四边形为主，在四边形中插入三角形网格，自动降低单元扭曲。 线性，二次，或p-单元四面体网格划分 p单元与几何的匹配（高达5阶） 在划分网格之间定义允许的四面体网格的扭曲度 识别用于控制获取结果点位置的锚点(anchor node) 识别用于网格定义的参考几何、点和序列 22、可以基于几何来定义和生成凝聚质量、刚性杆、弹簧、间隙和阻尼单元 网格密度的自动过渡 自动定义局部网格密度 用户给定的总体密度输入 全四边形表面网格过渡 基于优化的自动网格平滑和降低单元扭曲 与几何特征相关的网格生成设置（当设计几何发生改变时进行更新）自适应网格划分为了减少因网格引起的分析误差，NX NX MasterFEM提供了独特的自动修改网格密度、单元阶次和单元形态的功能，分析人员可以从一个比较粗的网格开始，然后使用自适应功能细化模型中需要更多单元的区域以提高精度。 自适应是基于对任意标量分析结果的误差估计 单元扭曲是自适应过程中要考虑的因素 对于壳单元可以有选择的进行节点移动、单元细分（23、三角形或四边形）、和重划分等 实体单元可以进行节点移动和有选择的重划分 对于四面体单元的线性静力分析提供了p单元的自适应功能 有选择的p阶次更新 对选择的节点冻结移动 采用r、h和p适应相结合的自动和自适应网格划分可以在用户极少干预情况下进行快速、精确的分析映射网格划分映射网格划分能在简单的表面和规则的体内生成形状一致的单元，具体功能包括： 在由3或4条边构成的面上生成线性的、二次的四边形或三角形单元 在由5或6个面构成的体内生成线性、二次的六面体（砖形）或楔形单元 生成网格的每个边、区域、面可以是由多条曲线构成 退化区域用三角形或楔形单元自动过渡 在拖拉/旋转型体上生成砖形单元（沿着拖拉/旋24、转方向生成扫略网格，也适用区域网格划分的未缝合几何） 指定偏差量生成不等分网格 只需指定几何区域相对边不同的单元数就能生成过渡的面网格 单元等分数自动传递 采用分割方法生成映射网格的区域保持与几何的相关性，所以当几何体发生变化时映射网格自动更新 网格密度通过用户提示方式自动给定为了网格划分目的的CAD简化通常一个CAD模型会包含许多对分析不太重要的细节，那些细长面、浮雕图案（如：“Made in USA”）、小的倒角半径、和小孔等都会令分析人员头疼，NX MasterFEM的区域网格划分(Section meshing)工具提供了一个解决此类问题区域且不影响CAD原型的手段。区域网格划分允许你25、在一组面而非一个单独的面上定义和生成网格，它提供了各种手段帮助分析人员能够使有限元模型捕捉到足够的细节反映真实的CAD拓扑，CAD特征在不修改CAD模型的情况下有效地去除，此外，它也能帮助分析人员对来自外部CAD的未经缝合的几何体进行（自由或映射的面、体）网格划分。没有CAD的网格划分Section-on-mesh技术允许用户对已有的没有CAD模型的网格或STL数据进行网格重划分，有限元网格替代了CAD几何，可以进行壳单元和实体单元的自由和映射网格划分。自底向上(Bottom-up)的网格划分尽管极大部分问题都是采用自由或映射网格划分手段，但对于某些类型的模型的建立或编辑可能通过直接建创节点和26、单元的方法（称为自底向上网格划分）会更容易,这些网格，包括过渡区域，可以直接根据线框来生成而不需要创建面，这些面也可以根据需要创建，甚至可以缝合成实体。NX NX MasterFEM提供了广泛的工具用于直接创建和编辑与几何无关的有限元模型，主要功能包括： 拖拉和旋转功能用于从一组梁单元生成四边形壳单元或由四边形壳单元生成六面体单元，路径包括局部曲线坐标和螺旋线 拷贝和镜面反射功能可以将一组节点和单元进行复制 一个表面涂层(surface-coating)命令可以在壳单元的边上生成梁或在实体面上生成壳 可以逐个创建和修改单元和节点 单元的分割和组合 修改单元的连通性 “缝合”不相连的网格 旋转或27、移动单元和节点 可以将单元投影到面上，（可选的方法，单元可以投影到单元与面之间的成某个百分比的位置）编辑操作都是交互的（包括单元分割与组合、节点拖拉、移动和替换），如果需要可以保持几何的相关性，节点可以直接建立在曲线上或投影到面上。混合方法对于一个特定的模型，网格的自动和手工划分方法可以混合使用，这会使你生成网格的方法更有效。1.3 处理及加载完整的模型操作工具在网格生成之后，还有一系列的工作要在分析之前完成，NX NX MasterFEM允许你对模型充分地操作，提供了一套图形化的、交互式的工具。NX NX MasterFEM允许用户定义单个的有限元组件(component)，然后组件可以和与28、那些与CAD相关的系统有限元模型结合起来，在CAD装配中的每个实例(instance)在有限元中定义一个对应的实例，这些有限元的实例的相互关系使得在CAD和NX MasterFEM之间的装配数据可以相互传递。单元库NX NX MasterFEM丰富的单元库让你快速、有效地各种类型问题地分析与建模，共有50多种单元，包括线性、二次形式地壳和实体单元、轴对称壳和实体单元、梁、杆、弹簧、阻尼、质量和间隙单元等，标量和别的特殊单元有专门地符号表示，还有支持线性结构分析地p单元（四面体）。动态导航动态导航功能使得交互操作更方便，比如，实体的预显亮和对已显亮和选择的实体进行控制过滤，可以使用边界框和逻辑关29、系(如实体关系)，动态导航使得你的选择过程更友好。分组分组是对模型逻辑子集的定义和操作，它用于显示、属性定义、和结果计算，可以用交互的屏幕方式进行选择、也可以通过实体属性如模型几何、颜色、模型检查结果和实体关系（与单元、物理、材料属性关联的节点）来定义组，可以运用各种集合运算进行相加、相交操作或显示组之间的区别。动态组帮助定义根据物理和/或材料属性和/或颜色进行单元分组的一个简单“处方”，可以将相关的节点、几何和边界条件包含在动态组中。坐标系可以用笛卡儿、柱和球面坐标系定义总体和局部的运动，或查看某些特定的结果，如径向和切向应力，材料坐标系用来定义正交异性和各向异性材料，材料定位工具（它对复合30、材料定义特别有用）用来建立单元坐标系与几何的相关性。物理和材料属性可以交互地输入如壳单元厚度和弹簧刚度值之类的物理属性并存入模型数据库中，也可以根据用户需要直接从几何模型中提取或将相关联的属性赋给相关的单元，属性过滤用于特定分析程序的数据输入。梁截面属性梁的截面属性可以是内置的标准截面，也可以用Master Modeler中用户定义的线框截面来定义FEM中的梁截面。载荷和边界条件NX NX MasterFEM提供了广泛的能力来定义能正确模拟工作环境的载荷和边界条件： 载荷可以定义在和几何相关的点、边、曲线、面或区域上独立于网格但可以根据用户需要施加到节点和单元上采用数学表达式的函数载荷匹配到所31、定义点的表面 定义在和几何相关的点、边、曲线、面或区域上的约束可以直接定义标准的约束，如销、滑移和球铰等 自动定义基于几何的接触 约束可以是节点位移和主自由度 结构载荷节点力和温度单元面（法向或牵引方向）和边压力加速度（重力、平移、旋转）环境和参考温度 热传递载荷节点和分布热源面和边的热流、对流和辐射 多载荷和约束集合的定义 所有的载荷和约束以唯一的图符显示 基于几何的载荷和约束的相关性在设计几何变化时仍能维持 可以定义随时间变化的载荷和边界条件以正确模拟非线性载荷条件 非线性载荷和直接频率响应载荷和约束条件可以是离散的表格输入或是函数 按比例的图形显示可以方便地验证载荷和边界条件全面的模型检32、查工具分析一个有错误的模型往往是费时的和昂贵的，有时这些错误在分析之后仍检查不到，NX NX MasterFEM提供了一套图形化的数学工具帮助你在递交分析之前进行有效的检查： 重合节点和单元的检查以消除重复 自由边和面的检查以避免模型中不希望的裂缝 单元收缩显示以检查单元位置是否正确 坐标系和单元连通性显示以确保梁的方向和壳的法向定义正确 质量和惯性计算以检查模型物理和材料属性的正确性 刚性和约束单元检查避免重复和双重相关性 单元摇摆性检查，如刚性元、间隙元、弹簧元等没有和网格的两边相连 壳和实体单元的干涉检查 壳单元干涉修正 单元形态检查（扭曲、翘曲等）以保证单元不会超出限定值并获得精确的结33、果此外，显示功能帮助用户进行图示化的模型检查，确定模型物理/材料属性的完整性、壳单元的厚度和网格质量，也提供了压力和温度载荷的图形化显示，和对施加在有限元模型上的载荷进行求和。1.4 后处理从分析中获得最佳结果融艺术和科学于一身的分析将影响设计决策，所以分析结果必须以一种可理解的方式呈现出来，NX MasterFEM提供了广泛的图形显示和数据处理功能，采用了一种综合的和柔性的方法使得用户在可以有限元求解之前、中间和之后使用，后处理能力包括一个高级的可视化工具、Visualizer和其它辅助工具。VisualizerNX NX MasterFEM的Visualizer帮助你对有限元分析结果做出专34、家级决策，Visualizer的快速显示使得你能同时查看多个结果，并对显示的结果进行打印，也可以进行结果的实时查询，Visualizer提供了与Microsoft Excel的接口读取和写出结果。用Visualizer可以：创建 动态的、渐进的或光顺消隐显示 SGI、AVI和MPEG格式的电影文件 切面、轮廓、单元和箭头形式显示 不同显示方式的模板控制 数据如何显示（如显示哪个数据分量、使用的坐标系统、是平均的还是不平均的结果） 文本、表头和颜色 移动、拷贝和删除结果显示 多个结果的同步显示 多窗口结果显示 带有指定结果的面 变形的几何体插入 3D探测结果标注 3D和2D文本标注输出 将显示结35、果以CGM、PostScript、JPG、PNG或VRML文件输出 单个或多个结果输出到电子表格或Excel以进行进一步的处理输入 来自Excel或电子表格文件修改后的结果别的后处理结果在获得分析结果后，NX MasterFEM提供一个广泛的后处理工具以便于进行进一步的模拟，结果可以输出给别的应用程序，新的输入会反馈到分析数据库中作为新的计算结果，再进行各种输出。专门的功能包括： 用于载荷工况组合的结果组合、放大和进行“What if”研究 通过数学函数的用户自定义结果计算，用于失效评估和其它结果评价 层状材料后处理由壳应力合成结果或壳应变结果生成层结果层应力/应变结果层失效判据结果 梁的后处36、理在有限元模型上画剪力、弯矩图等在梁截面上的云图显示梁应力分量的显示（轴向、剪切、扭转应力等）生成梁应力云图 图表产生结果图表沿着某条边基于节点或单元的选择用于比较的多个图表重叠1.5 特点与20余种主流分析程序和各种CAD系统提供接口支持通过关系数据库对材料数据进行访问和操作采用广泛的自动、半自动和手工技术，包括自由、映射、或者自底向上的网格剖分技术，且各种方法能够混合使用运用区域网格剖分技术可以将CAD拓扑结构提取成合理的网格剖分区域交互方式输入物理和材料属性材料信息可保存到关系型数据库中全面的模型操作能力，包括：分组、施加各种载荷和边界条件使用动态可视化工具方便、快速地查看分析结果可以利37、用后处理工具进行后继分析处理或输入/输出需要的信息与CAD环境无缝集成能力，有各种各样的接口用于不常用的分析类型，EDS提供直接的接口，以及20多个软件供应商提供与NX MasterFEM的接口。直接接口有ABAQUS、ANSYS、和NASTRAN，与PAM-Crash、LS-DYNA和RADIOSS的工具包式接口可以和NX MasterFEM之间进行前处理数据的相互传递。2. NX Nastran功能介绍（参见3.NX NASTRAN 提供工业标准的有限元求解器）3. UGS PLM Solutions产品优势强大的CAD/CAE集成协同功能：做CAE分析，花在前处理上的工作往往占整个工作量38、的70%左右，如CAD模型的清理、CAD模型的抽取、网格的划分、装配、边界条件和载荷的施加等。NX MasterFEM作为专业高端前处理软件，与其他公司的产品相比具有无可比拟的优势：a. NX MasterFEM强大的CAD建模功能，可以非常方便的生成和管理复杂的CAD模型，其他软件的模型生成功能非常有限，通常需要借用某一CAD软件来生成模型。b. NX MasterFEM对市场上流行的CAD软件，如UG、CATIA、PRO/E的模型导入非常方便，支持的CAD数据格式比其他软件更多更全，导入的模型质量更好。c. NX MasterFEM强大的模型清理功能可以很高效容易的对导入和生成的模型进行清39、理工作，如消除空洞、倒角、重叠面等，而其他软件在这方面功能非常有限，有时导入的模型根本就不能进行相关的CAD操作，不得不借助其他的软件来进行处理，d. NX MasterFEM强大的拓扑网格划分和区域网格划分技术可以很快速的建立CAE模型，并能与CAD模型进行完美的协同，如设计改进CAD模型，CAE模型自动协同改变，而改变CAE模型，可方便生成CAD模型。其他软件在这方面有很大的局限性，它基于实体的网格划分技术导致网格生成后，几何实体就不能改动，需要设计改进时必须先把网格删除，改进后再重新分网，同理改进CAE模型不能得到CAD模型。e. NX MasterFEM可以很方便的对各部件进行管理，如40、进行相关特征的删除，部件特性的定义等，并能自动识别CAD模型中的PART定义，这对于复杂的大型部件非常重要，而其他软件在这方面明显欠缺，从其他CAD软件导入的模型一般情况下变成了一个PART，需要花费大量的时间来重新定义PART，并且管理各PART也非常不方便。其实这个功能在各种通用的CAE前处理软件中都已非常普及，但其他软件一直没有这方面的功能。f. NX MasterFEM强大的装配功能使其他软件相形见拙，MasterFEM利用CAD软件强大的装配和管理功能是复杂模型的建立非常方便，并能自动生成焊点，这在其他软件中做不到，要进行装配必须一个PART一个PART根据工作平面来进行移动，非常不41、方便。g. NX MasterFEM强大的中面抽取功能，从CAD模型向CAE模型的转变过程中，对于很多的薄壳部件，常常需要从体模型转变为面模型，精确的生成CAE模型要求前处理器具有薄壳的中面抽取功能，MasterFEM可以很方便的进行中面抽取，大大加速CAE模型的建立过程，而其他软件没有中面抽取功能，只能近似的使用上表面或下表面，在相交的地方还需要进行人工的连接，非常不方便和不精确。强大的CAE/CAD/PLM集成功能UGS PLM SOLUTIONS作为著名的CAD/CAE和PLM供应商，在系统集成和项目实施方面具有丰富的经验和优势：CAE分析通过PLM与CAD完美的集成在一起，真正做到在产42、品生命周期和设计流程中发挥作用，做到并行的处理CAD设计改进和CAE分析，提供一个全新的流程设计概念。对于一个大型企业来说，各种CAD/CAE数据的管理常导致大量的时间浪费和人为错误的发生，而UGS PLM SOLUTIONS的Digital Simulation CAE解决方案把CAE和CAD的数据管理和通讯完美的集成到PLM系统中，可以很方便的跟踪几何和CAE模型的改变和改进，协同各部门之间的工作步骤和流程，改变了数据交换和共享的方法和途径。而其他软件作为纯粹的CAE供应商，没有办法做到流程的集成性，并在与CAD模型交互方面就遇到大量的问题。附录B HyperMesh功能介绍HyperMe43、sh是一个高效的有限元前后处理器，能够建立各种复杂模型的有限元和有限差分模型，与多种cad和cae软件有良好的接口并具有高效的网格划分功能。强大的几何输入、输出功能 强大的几何输入功能，支持多种格式的复杂装配几何模型读入，如CATIA、UG、Pro/E、STEP、IGES、PDGS、DXF、STL、VDAFS等格式的输入，支持UG动态装配，并可设定几何容差，修复几何模型。支持IGES格式输出。Model browser 功能有效管理复杂几何和有限元装配模型。方便灵活的几何清理功能 支持多种自动化和人工化的几何清理功能，各种缝隙缝合，复杂曲面修补，去除相贯倒角、孔洞等细小特征，薄壳实体中面抽取。44、良好客户二次开发环境 HyperMesh提供了多种开发工具，便于用户进行二次开发。基本的宏命令：用户可以创建宏命令，使若干步建模过程自动完成用户化定制工具：用户可以利用Tcl/Tk在HyperMesh中建立用户化定制方案配置HyperMesh的界面：对HyperMesh的菜单系统进行重新布局定义，使界面更易于使用输出模板：通过用户输出模板，可以将HyperMesh数据库以其它求解器和程序可以阅读的格式输出输入数据转化器：可以在HyperMesh加入您自己的输入数据翻译器，扩充HyperMesh的接口支持功能，解读不同的分析数据卡结果数据转化器：您可以创建自己特定的结果翻译器，利用所提供的工具，45、将特定的分析结果转换成HyperMesh的结果格式与主流求解器无缝集成支持十余种求解器NASTRAN, ABAQUS, LS-DYNA3D, PAMCRASH, ANYSYS, RADIOSS, OPTISTRUCT，MARC等有限元文件的输入和输出。 为各个求解器定制专业界面，如ABAQUS, LS-DYNA3D ，ANYSYS接触导向定义，针对汽车碰撞的安全带和气囊等专业模块。可编辑式卡片菜单输入，与求解器无缝集成。用户还可根据需要开发求解器模板。高质量的网格划分完善的互动式二维和三维单元划分工具。用户在划分过程中能够对每个面进行网格参数调节，如单元密度、单元偏置梯度、网格划分算法等。Hy46、perMesh提供了多种三维单元生成方式用于构建高质量的四面体、六面体网格和CFD网格。Macro菜单和快捷键编辑网格更为迅速灵活，大大提高了工作效率。多种形式的网格质量检查菜单，用户可以实时控制单元质量，另外还提供了多种网格质量修改工具。焊接单元的自动创建 提供了多种焊接单元生成方法。其中利用Connector进行大规模自动化焊接单元转化，大大减少了手工单元生成，同时还提供了各类焊接单元质量检查工具。有限元二次快速建模 支持由网格直接生成几何进行二次有限元建模。Morph功能支持高质量的快速修改有限元模型，并且可以施加多种约束如对称，设定变形轨迹如沿设定平面、半径、直线调整形状等。多种类型的47、后处理浏览 HyperMesh中提供了一整套后处理功能，能够使您方便精确地理解和分析复杂的模拟结果。 HyperMesh还提供了一整套可视化工具，使用等势面、变形结果、等高线、瞬时结果、向量绘制以及用切割面轮廓线等方式对结果进行显示。HyperMesh还能进行变形、线性、复杂模态和瞬态动画显示，能够迅速找出问题区域，缩短结果评估花费的时间。还可以利用Hyperview,HyperGraph软件进行后处理显示。Altair HyperView是一个完整的后处理软件和可视化用户环境，用于处理有限元分析（FEA）数据、多体动力系统模拟数据、视频数据和工程数据等。它具有多种后处理功能，在CAE的后处理48、速度和集成方面创造了一个新的典范。 HyperView的各个过程具有自动操作的特点，能够让您交互地显示数据、进行数据捕捉、对后处理数据进行标准化设置等。HyperView还能将三维动画结果存储为Altair的压缩格式，即.h3d格式，这样就可以用Altair HyperView Player播放器对CAE分析结果在三维网络环境中进行显示和共享。HyperView软件优点具有高性能的直观的图形界面，能够降低工程分析的时间和成本具有业内领先的三维图形显示功能可以直接读取多种CAE求解器的输出结果，还可以读取Altair H3D二进制压缩格式。求解器类型:ABAQUS .odbNASTRAN .op49、2ANSYS .rst & .rthHM .resLS-DYNAPAMCRASHRADIOSS 可以直接读入多种CAE模型文件，如果在HyperMesh中创建的还可以保留Component names，Component colors，Assemblies信息 对Altair HyperGraph的各种XY绘图功能提供调整促进作用 具有一个可以进行完全用户化设置的界面可对其界面和工具进行用户化设置，以使之与您的工程环境相适应 可以对FEA和多体动画、XY图形以及视频数据等结果进行同步显示 可以在一个窗口中叠放多个CAE模型 可以显示各种动画类型，如：自适应网格、柔性体的多体动力学模型 可以与A50、ltair HyperView Player播放器直接连接，进行网络通讯和信息交流 以HyperWork单位点数定价，物有所值，可为您的软件投资提供最大功能 客户化功能 生成报表：自动生成并提交标准的后处理数据，并对结果迅速比较，或进行相关分析研究 绘图宏命令：通过使用绘图宏命令，调用经常使用的数学函数，并可以反复执行 定制工具：可以创建交互式对话框，通过它来输入信息、进行决策、执行程序等 定制下拉菜单：可以在软件中添加用户自定义的菜单，从而可以很方便地执行生成报表、 绘图宏、定制工具以及其它外部应用程序 Templex编程：创建用户曲线数学函数，进行数据分析，在一个绘图窗口中用注解和标签对曲51、线进行统计。Templex还可以用于对文本进行参数化显示HyperView支持数据类型 HyperView支持各种不同的计算机辅助工程（CAE）求解器的数据格式，进行后处理操作。除了能够直接读取一些求解器格式外，HyperView还通过翻译器将另一些求解器数据格式（如NASTRAN、ABAQUS、ANSYS等）转换成Altair H3D二进制压缩格式，对这些求解器提供支持。另外，HyperView还具有较强的灵活性，可以为任何求解器创建特殊的翻译器，来扩大其求解器的支持范围。HyperView动画软件提供了一整套交互的后处理功能，从而使结果显示大大改善。HyperView可以对各种CAE结果进52、行动画显示，包括自适应网格和柔性体多体动力模型等。用户可以即时使用动态测量等功能对这些模型、零件和部件进行跟踪检测，还有切割面、跟踪、图形注释等等。另外还通过等高线进行变形的、线性的、模态和瞬态的动画显示等。HyperView过程自动化HyperView的视频动画程序中，引入了独特功能，可以阅读电子视频文件，并使其与CAE动画和XY绘图信息保持同步，提高了后处理模拟能力及数据的相关性。视频动画程序可以直接读取和输出最标准的电影文件格式，包括AVI、BMP、TIFF和JPEG等。用户还能够对视频文件直接进行像素像素间的测量，可以对多个视频文件进行重叠，可以添加眉头和页脚以及注解等。另外还可以通过53、电影幻灯（filmstrip）选项，对视频画面进行交错延迟显示。HyperView绘图程序及详细的绘图信息HyperView的绘图程序是一个强大的数据分析器和绘图工具，与多种流行的文件格式有接口。具有图形用户界面，可以直接对其各种功能进行操作，非常便于使用。可以在图形上任意一点做标签，可以直接点击轴的标识符、图标符号、图形的眉头和页脚等，以便编辑与更改。还可以用内置的文本和数字处理器（Templex）对图形作详细的注解。其内部的高级数学处理器运行稳定方便，能够处理最复杂的数学表达式。Altair HyperView PlayerAltair HyperView Player能够让客户通过因特网54、浏览三维CAE模型和结果。它为分散型企业提供了贯穿整个设计过程的产品数据可视化协同解决方案。HyperView Player包括一个网络浏览插件，同时可以在PC和UNIX 机上单独运行。 HyperView Player能够有效地让CAE工程师同其他领域的工程师交流分析结果，使得在开发过程中改善产品设计。HyperView Player采用Altair公司紧凑式.h3d数据格式，它可以能够让分析人员、测试工程师、模具师、产品设计工程师以及产品经理等轻松地分享产品信息。 HyperView Player 还可以为销售、市场、金融、出版和工程等领域的专业人员，创建包含大信息量的3D的多媒体介绍报告55、文档、提案、项目报告和网页。HyperView Player 的显著特点. 支持在PC和UNIX机器上运行 PC:Microsoft Internet Explorer 4.X及以上软件系统 UNIX:Netscape Navigator 4.7X及以上软件系统. 可在网页浏览器之外的桌面单独运行 . 对载入文件提供文件定位浏览功能 . 可以递交单帧静态画面打印文件或直接打印 . 控制动画播放速度 . 在HTML中插入H3D 文件只需指定其特定路径. 简单的 HTML 文件语句. 支持HyperView 生成的各类结果 等值面 矢量 张量 叠加结果以及复合图例显示. 支持在一个网页中插入多个56、HyperView Player窗口附录C UGS公司介绍UGS公司是产品全生命周期管理(PLM)市场的领导者，它所提供的软件和服务可以帮助制造业企业优化产品全生命周期的过程。作为全球IT服务业的领导者EDS的一个子公司，UGS成立于2001年9月，由原UGS和原SDRC重组合并而成。UGS为全球24,000多家客户带来了空前的价值，它不仅提供业界最强有力的、面向产品全生命周期管理（PLM），包括产品开发、制造规划、产品数据管理、电子商务等的产品解决方案；而且还提供一整套面向产品的完善的服务。同时，这些产品和服务还能够与EDS其它几个业务部门，包括全球著名的咨询顾问公司A.T. Kearney57、业务流程管理业务部、电子商务解决方案业务部及信息系统解决方案业务部的专业咨询技术和世界级IT服务相集成，对于需要通过PLM寻求最大化利润的制造业企业来说，具有无可比拟的优势。UGS公司理念在PLM Solutions中，我们可以提供世界上最全面、最广泛的产品全生命周期管理的解决方案。我们是世界上唯一可在如下的重要领域中提供协同方案的公司：产品开发、制造规划、产品数据管理、协同商务以及专家服务及咨询。我们的PLM策略重点在于为制造业的公司创造更高的效率，并提供创新的意识，以满足这些公司自身客户的需求。这个策略的核心在于开放技术及开放商务关系的理念，这个理念将为PLM领域建立工业标准。原UGS 58、PLM Solutions公司首席执行官，现任UGS总裁Tony Affuso先生充满信心地表示：“我们的目标是为您及您的客户创造价值，目前在制造业中，使用UGS解决方案来开发和管理产品数字化定义的用户比使用其它方案的用户要多。我们所提供的广泛产品可以帮助您优化整个产品生命周期，并同时提升我们作为您PLM合作者的价值。”凭借现有160万套软件的装机量，UGS已成为业界提供产品生命周期管理解决方案的领导者，并能更好地借助并加强EDS丰富的专业经验。UGS解决方案特色基于统一数据平台的解决方案UG软件是一个基于统一数据库的CAD/CAE/CAM集成软件，在统一的集成环境下提供了从设计、分析到加工等59、方面的完整功能。同时，UG软件产生的各种工程数据都是存放在统一的数据库中，保证了数据的唯一性。UGS公司的实体建模核心技术Parasolid正在迅速成为CAD/CAE/CAM系统、商业、企业内部系统及数据交换应用等方面事实上的标准。国际上许多软件，如UG、PTC/Desktop、SolidEdge、Dassault/SolidWork、ANSYS、NASTRAN、ADAMS等，都是采用Parasolid作为图形核心。因而只有UG软件能够做到与专业软件（ADAMS、ANSYS、NASTRAN等）的无缝集成，满足企业产品开发的专业需求。在硬件平台上，UG支持不同的硬件平台（工作站或个人电脑）、软件60、平台（UNIX或Windows）。UG保证软件界面以及数据的一致性，给用户以最大限度的选择硬件平台的权利。同步的工程应用UG提供的MasterModel主模型技术和UG/WAVE并行开发技术，为实现工程应用的同步提供了技术保证。同时，在PDM的支持下，能够实现面向虚拟企业的同步工程应用。协同的产品开发UGS在企业市场销售、产品开发、零部件管理、供应商、制造过程规划、生产管理、销售与分配、维护与服务等方面提供全面的协同作业。集成的数据管理UGS不仅提供对UG和Teamcenter的数据集成，而且提供对第三方软件，如AutoCAD、ANSYS、ADAMS等软件数据的封装与集成，确保企业所有的软件系61、统组成一个集成的应用环境。完整、开放的系统UGS公司提供完整的解决方案：CAX系统核心：Parasolid中端CAD系统：SolidEdge高端CAX系统：UG NX企业级PLM系统：TeamCenter（PDM、项目管理、需求管理）基于互联网的协同环境系统：e-Vis、e-Factory专业化、本地化的服务支持UGS公司是最先通过ISO9001质量认证的软件公司，使得用户的技术支持服务得到有力的保证。其服务体系既有本地，也有区域和全球的技术支持，为用户提供不同应用领域和不同应用深度的服务。该服务体系拥有三十多年的技术和经验，具有很强的专业性。UGS在中国设立了合作研发机构，先后与华中理工大学62、同济大学等设立了合作研发机构，开发满足中国企业需要的软件产品。同时，UGS与中国著名大学，如清华大学、上海交大、重庆大学、北京航空航天大学、西北工业大学、南京航空航天大学等高校，建立了良好的合作关系，为企业的项目实施、人才培训提供保证。UGS在中国拥有三千多个用户，在不同的行业、不同的领域拥有大量的二次开发成果，如软件汉化、国标化以及行业专业系统开发等，为深化UGS产品在中国的推广应用积累了宝贵的经验。UGS原厂商进入中国已有十余年的历史，设有直销、服务的办事处，为用户提供快捷的服务。UGS在中国有一支100多人的专业队伍，其中拥有航空航天、汽车、电子电器专业组，为行业用户提供原厂商直接的本63、地化服务。战略伙伴共同合作发展的长久性UGS为了保证用户的成功，坚持与用户发展战略伙伴关系，与用户共同合作，共同发展。UGS将在此基础上，与用户在其产品开发的不同阶段、软件应用的不同深度，共同研制产品开发的流程、专有技术，以及专业人才的培养等方面进行深层次的合作、长久发展。在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上，UGS都起着领导作用。 UGS公司在汽车领域有着骄人的业绩：多年来，UGS一直在支持美国通用汽车公司实施目前全球最大的且最具挑战性的虚拟产品开发项目，同时Unigraphics也是日本顶尖汽车零部件制造商DENSO公司的计64、算机应用标准，并成为众多在全球汽车行业领先公司的优选系统，如Navistar、底特律柴油机厂、Winnebago和Robert Bosch AG 等。 另外，UGS公司在航空领域也有卓越的表现：在美国的航空业，安装了超过10,000套UG软件；在俄罗斯航空业，UG软件占领了90%以上的市场；在北美汽轮机市场，UG软件占80%。UGS在喷气发动机行业也占有领先地位，拥有如Pratt & Whitney和GE 喷气发动机公司这样的知名客户。航空业的其它客户还有：B/E航空公司、波音公司、 以色列飞机公司、英国航空公司、Northrop Grumman、伊尔飞机和Antonov。 UGS公司的产品同65、时还遍布通用机械、医疗器械、电子、高技术以及日用消费品等行业，如：3M、Will-Pemco、Biomet、Zimmer、飞利浦公司、吉列公司、Timex、 Eureka 和Arctic Cat等。附录D 通力有限公司（UFC）介绍通力凯顿（北京）系统集成有限公司（UFC）是一家从事计算机软硬件技术及信息技术开发应用的高技术公司，总部设在美国密歇根州。1995年11月UFC公司在北京设立办事机构，1998年2月注册北京独资公司。2001年9月在上海设立代表处，2002年3月在上海设立独资公司。2004年在长沙设立分公司。2005年在西安设立代表处。2006年在成都设立分公司。UFC公司内设有系66、统集成及PLM、工程咨询、技术支持、市场、销售、商务等部门。UFC公司拥有一支以工程博士、硕士为骨干的技术队伍，并聘有资深教授为顾问，有充分的能力向客户及时提供最优的完整解决方案和高质量的服务。多年来，公司一贯坚持“用一流人才，一流技术，为客户提供一流服务”的宗旨，已为中国制造企业引进、集成了许多先进的软件产品，并提供了满意的服务，显著提高了用户企业的产品开发能力，赢得了广泛的好评和良好的信誉。迄今，公司在中国的业务已遍及航空、航天、船舶、汽车、铁路车辆、电力、电子、兵器和通用机械等行业，逐年稳步发展，年营业额增长率为20% 以上。UFC公司是美国UGS公司正规的代理经销商，而且已成为UGS 67、PLM Solution产品全生命周期管理解决方案在中国的最重要的合作伙伴。UFC获得UGS公司的奖励证明通力公司一直以来就是美国UGS公司（I-deas软件原厂商）在中国区的最大代理商，有着超过10年的国内外合作经验。UFC的销售和服务也一直受到UGS公司的认可。UFC公司由于在2005年度UGS产品与服务销售工作中的杰出贡献，荣获“UGS白金授权代理”的荣誉称号。UFC公司自1995年创办以来，已经为国内500余家企业提供了PLM解决方案。公司除拥有多名资深的CAD/CAM/CAE软件应用工程师之外，还拥有国内人数最多、经验丰富的PDM实施团队。同时，UFC公司还向客户提供了CAE工程咨询68、企业信息化总体规划与实施等项增值服务，获得了客户的肯定和青睐。下面是UFC公司历年获得的奖章。UGS公司2004年最佳分销商 UGS公司2003年最佳分销商EDS（原UGS公司，2003年改名为UGS）2002年最佳分销商UFC大中华区用户名单公司名称电子18所中国北车集团大同电力机车有限责任公司哈尔滨建成机械厂南京电子14所唐山机车厂上海交通大学电子29所洛阳易初摩托车江山汽车变速箱厂天津大学GE华伦GE航卫西南物理技术研究所郑州煤矿机械厂大连内燃机研究所绵阳九院济南柴油机厂空一所株洲电力机车厂哈电机二七车辆厂株洲电力机车研究所齐齐哈尔车辆厂北京松下电工西安精密机械研究所河南平原光电有限公司哈尔滨东安发动机（集团）有限公司北京理工大学中船重工集团704研究所康森阿姆斯壮北京内燃机总厂长春客车厂杭州松下电器天津工程机械厂山西车用发动机研究所内蒙包头一机天津三星电子大连重工许昌烟机陕西青华机电研究所长沙中联重工科技发展股份有限公司中国汽车技术研究中心龙马集团等超过500家用户北京地铁车辆厂北方车辆研究所