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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 [:1704005741]
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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 5.3 价值体现
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NX CAE产品是完全集成在NX中的满足对产品进行多种学科分析验证的高端产品，具备实现基于模型的设计分析的必要与前提条件。用户在完成产品设计模型后，可直接在NX环境对该产品进行CAE建模与仿真分析。NX CAE具有高度自动化与智能化的FE建模能力，设计工程师、工艺工程师、专业CAE工程师都可以直接采用这种网格划分方式快速建模分析模型，比市面上其他CAE的前处理器工具网格划分时间可以缩短5~10倍甚至百倍，如图5-4所示。NX CAE的前后处理器中自带多种求解器对网格质量的要求标准，在自动划分网格过程中，实时检测网格质量以确保划分出来的网格满足求解器的要求，确保FE模型质量。NX CAE是多学科集成环境的平台级工具集合，无论客户进行结构分析静力（线性、非线性），非线性结构动力分析（隐式、显式），动力响应分析（瞬态、频率响应、冲击谱响应、DDAM、跌落、随机振动等），噪声分析，机构运动（刚性、刚柔联合、非线性多体、机构-控制联合等），疲劳耐久性分析，参数优化，拓扑优化，热分析，CFD，热-流耦合，热-结构耦合，热-流-结构耦合，流-结构-机构运动耦合分析，电子系统散热分析，空间系统热分析等，都可用统一前后处理器界面环境，跟NX CAD/CAM都是一样的操作风格。进行CAE分析时，不需要离开NX环境，直接基于设计模型，也不需要额外花费时间，就直接对设计的产品进行CAE仿真分析。NX CAE的求解器如NX Nastran、NX Durability、NX Optimization、NX Topology Optimization、NX ESC、NX TMG、NX Motion-Recurdyn、NX Response Simulation、NX Laminate Composite、FE-Model Correlation、FE-Model update等都提供了高速、高精度的求解能力。对于大规模问题的求解，用户可以直接设置并行计算（SMP、DMP）；对于用模态叠加法求解的模态问题、动力响应问题，NX Nastran DMP RdMode提供了具有专业加速软件效率的并行算法，可以把基于模态叠加法的大规模问题的求解时间缩减几十倍；利用NX CAE自动化智能化的前后处理器与高速，高精度的解算器，用户在做设计的同时就直接对产品进行快速的仿真分析，对产品进行及时（实时）验证，确保产品质量和驱动产品创新。通过集成在Teamcenter for Simulation模块中，可以在Teamcenter环境直接对仿真数据与流程进行管理，可以利用HD-PLM将各种跟分析相关的信息（分析规范、流程规范、建模规范等）直接标注在分析模型上，任何有权限的用户都可以直接从模型上获得该分析模型的信息。对于已经成熟的产品类型，可以用NX Open定制分析流程模板，对于新来的人员或者以前没有做过该类产品分析的人员来说，可以通过流程模板，快速获得符合要求的分析结果。
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作为新一代的基于模型的设计分析成熟解决方案，NX CAE具有领先于市面其他CAE工具的强大优势，能给企业带来独有的价值：
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·高端的设计分析一体化。NX是目前全球唯一将高端CAD与高端CAE产品完全集成的产品（见图5-5），CAD与CAE一体化的重要好处是设计模型与分析模型同步关联，设计变更后，CAE模型可以自动捕捉到几何模型的变化，从而可控地自动更新。也就是说更改设计或者重用以前的设计，有限元模型不需要重新人工划分网格，这样能够快速获得新的模型的分析结果，极大地减少了重复建有限元模型的时间。
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图5-4 NX CAE基于模型设计仿真与传统CAE工具效率对比
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图5-5 被业界公认为最好的网格划分器
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·同步建模技术实现CAD模型来源的无关性。同步建模技术使得用户可以读入任何来源的CAD模型，且能识别、编辑修改几何特征，还能对特征进行再参数化，从而实现CAD软件的真正无关性，读入的CAD模型就像是NX自己创建的几何模型一样。利用特征定义、几何特征抑制、中曲面提取和装配等强大的模型抽象工具直接处理几何模型，极大地简化了前处理的工作量。同步建模技术非常容易掌握，不需CAD建模经验。
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·复杂流体域几何生成器。NX CAE前后处理器新增加自动流体域几何模型生成器Surface Wrap（见图5-6），利用该生成器用户通过简单的操作就能完成复杂流场几何的自动生成，通过解析度参数控制生成流体几何模型与结构模型的贴合程度。将过去流体域极难生成、需要耗费大量人力与时间的难题迎刃而解了，这将带动CFD分析效率的革命性进步。
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图5-6 Surface Wrap快速生成流体几何
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·独有的装配有限元技术（AFEM）。NX高级有限元前后处理器不仅能对CAD模型进行装配管理，还能按CAD装配对有限元模型进行装配管理，这大大提高了系统级多零件有限元模型的生成效率。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多种网格划分，然后直接进行装配，同时保持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，而不需要重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，可以使复杂模型提高建模效率5~10倍。装配有限元技术颠覆了传统的CAE分析流程，传统CAE软件都是要等产品CAD模型装配好、写出Parasolid或者step等格式输出后，读入到传统的前后处理器中进行网格划分，这使得设计过程和分析过程是串行的。装配有限元技术可以使设计的零件做好，就可以对该零件直接划分网格，并根据需要可以单独对该零件进行计算，当产品零件都创建好后，再把这些零件装配在一起，原来零件的有限元模型可以自动随几何模型装配而自动跟随零件装配定位好，这使设计过程与分析工程融合，实时仿真，并可及时对设计进行校核验证。
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·完全图形界面支持的超单元定义。超单元是Nastran首创的功能，主要用来解决大模型分解计算以及不同单位数据协同时模型相关信息的保密问题。NX CAE新增超单元定义界面，通过装配有限元来定义超单元，使得超单元这一本来非常麻烦且易出错的定义变得完全在图形界面上完成，既简便又不会出差错，而且定义好的超单元可以用符号、简化模型和详细模型来显示。超单元技术使得复杂的大规模问题可以分解成若干相对小的子模型，单独计算这些子模型用的计算资源少，等这些子模型计算好后，把这些子模型按照超单元模式装配起来再计算整个模型时，可直接利用子模型的结果进行处理，这样利用较少的时间与计算机资源就能很快把大的模型计算完成，如图5-7所示。
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图5-7 独有的超单元图形界面定义与显示技术
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·领先的模型连接与计算技术。NX CAE一方面可以让我们用金字塔单元，NX Nastran增加了该单元，使六面体单元与四面体单元可以通过该单元自动过渡连接，因而六面体与四面体混合建模就变得更加方便；另一方面提高了线性粘接功能，在两部分体模型交界面定义一个Glue关系即可，不需要节点合并，这使建模变得更加自由、方便。NX Nastran求解大量线性粘结问题不影响计算速度，跟节点重合连接方式一样。线性Glue（见图5-8）、线性接触功能经过20多年的实践检验，无论是计算速度与精度都是其他软件的标杆。NX CAE的线性Glue、线性接触可以在Nastran求解系列sol 101、103、109、110、111、112等中直接应用，并且具有线-面Glue功能，极大地方便了壳单元与体单元连接，这是线性结构分析中经常需要用到的，解决了困扰CAE工程师多年的难题。
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图5-8 利用线性Glue技术通过六面体网格的焊点将两个板焊接起来，不需要节点对齐，瞬间自动完成粘接
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·直接螺栓预紧力定义界面菜单。NX前后处理器能够直接给1D螺栓和3D六面体网格螺栓定义螺栓预紧力，这个轻松解决了传统Nastran软件需要用温度冷缩来模拟螺栓预紧力的复杂方法。
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·机械CAE仿真工业标准求解器NX Nastran。新一代结构求解器NX Nastran来自于2003年被美国联邦贸易委员会根据反垄断法强行拆分的MSC Nastran，这些年西门子工业软件公司投入了大量人力财力致力发展NX Nastran。目前NX Nastran在线性接触、线性黏接、并行技术、迭代求解、流固耦合和热固耦合等仿真技术处于行业领先地位。NX Nastran将Adina非线性功能完全集成进来后，扩展了传统Nastran非线性分析的能力，为客户提供方便使用知名非线性分析软件的集成环境。用户所有的应用方式都是Nastran的风格，不需要再重新去学Adina的格式。
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·真正的多学科多物理场一体化界面环境。NX CAE是真正的多学科多物理场一体化图形界面环境，就是在一个界面环境中可以进行结构静力/动力分析（线性/非线性）、CFD、机构运动、热分析、热流耦合、热结构耦合、热结构流体耦合、机电液联合仿真、疲劳分析和优化分析等。所有的操作界面风格完全一样，便于交流与应用。
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