CAXA CAE介绍-技术

CAXACAE页面介绍MPCAXA有限元分析教程系列2014年12月CAXACAE简介针对一般入门级至高级设计模拟的需要，CAXA推出最新、功能强大的CAD/FEA集成工具—“CAXACAE”。CAXACAE致力于为CAD用户提供轻松简便的操作体验，它能够进行应力、热和电等多物理性耦合分析，分析类型包括：–静态/稳态分析；–动态/瞬态分析；–模态分析/振动模式分析；–不稳定分析；–频域分析。CAXACAE使用SefeaTM（Strain-EnrichedFEA，富有限元分析）技术，它是特别为CAD模拟常用的低阶四节点元素而开发的最新丰富有限元素技术。由此，CAXA多物理场拥有达二阶元素的精度，更好的稳定性，无中、边节点噪声，大幅度降低的计算成本，以及帮助入门级用户达到专家级用户分析精度等优点。CAXACAE与CAXA实现无缝集成，CAXA拥有了强大的多物理分析功能。用户可以通过添加材料、载荷、约束，再单击“自动求解”来快捷添加网格并得到分析结果。若分析之后用户调整了CAXA模型，两程序的关联性允许用户在几秒内轻松地更新模拟并再次进行分析。在CAXA3D中添加CAXACAE安装CAXA3D后安装CAXACAE。安装完成后，打开CAXA3D，在功能区选择“加载应用程序”标签，单击“常规”部分的“加载应用程序”按钮，弹出“添加MPCAXA应用”对话框。勾选“IronCADMultiPhysics”单击“确定”。添加CAXACAE工具栏在功能区选择“加载应用程序”标签，单击“常规”部分的“加载工具”按钮，弹出“自定义”对话框，选择“工具栏”标签。勾选“多物理性FEA主工具条”、“多物理性FEA显示”和“多物理性FEA选择”后单击“关闭”。FEA工具条介绍多物理性FEA主工具条按钮自上至下顺序介绍：•隐藏FEA：隐藏“MultiphysicsFEA”选项卡；•显示FEA：显示“MultiphysicsFEA”选项卡；•添加FEA：创建有限元分析；•保存FEA：可用于保存模拟。注意，单击CAXA3D功能区的“保存”仅保存模型而不保存FEA。欲保存FEA需单击“保存FEA”键。多物理性FEA显示工具条按钮自上至下顺序介绍：•切换网格面：切换网格面开关；•切换网格边：切换网格边开关；•切换网格节点：切换网格节点开关；•切换网格透明度：可增强或减弱网格显示；•切换切面：切换切面开关，可观察模型内部；•切换边界条件标志：切换边界条件标志开关；多物理性FEA选择工具条按钮自上至下顺序介绍：•清除网格化选择：取消选择；•选择实体网格：选择网格模型的实体；•选择面网格：选择网格模型的面；•选择边缘网格：选择网格模型的边；•选择顶点网格：选择网格模型的顶点；•选择元素实体：选择元素的实体；•选择有限元面：选择元素的面；•选择元素边缘：选择元素的边；•选择元素节点：选择元素的节点；单击FEA主工具条上的“添加FEA”按钮弹出“选择分析类型”对话框。各分项类型简介如下：1)静态/稳态：输入输出的变量都不随时间变化而变化。2)动态/瞬态：研究时变问题。各物理性的大小可随时间的变化而变化。3)模态/振动模式：用于计算谐波共振模型的振型和频率4)不稳定：计算有负荷的失稳屈曲模型。5)频域：用于不同频率下谐波荷载/约束的分析。分析类型简介MultiphysicsFEA分析树简介一些叶状图有与其相关的“右键”菜单。例如，我们可以通过右键单击Analysis分析叶图（顶级叶）来复制或删除整个模拟。建立分析后弹出FEA选项卡。选项卡的上半部分为MultiphysicsFEA树图，展示分析的概要。叶前双问号（??）表示该叶还未设定。分析的设置可从树图顶部到底部依次填写顺利完成。下图显示了静态/稳态分析的树图。•Analysis（分析）：顶级叶，设置涉及的物理性，是否多步，是否大变形，以及高级选项。•模型：选择单位系统，为模型添加材料，设置材料性质（线性/非线性，各向异性）等。•约束：确定模拟的一般边界条件和高级约束，包括初始条件和约束条件。•载荷—源：施加载荷（力和压力等）和源（热流、电流等），也可勾选“不需外力”。•网格：添加细化，添加粘合组/独立组，设置网格尺寸等，创建网格。•结果：查看动画，显示图解，查询节点/元素/结果绘图、积分，制作矢量/流线图。对于线性静态分析，显示以下页面：•Title（主题）：根据在进行的分析可改变主题和选项。主题可以是任何对正在进行的模拟的单行描述。•物理性：直接勾选模拟涉及的物理性。模拟中的每个物理性选项应至少有一种材料的支持，不需全部材料支持全部勾选的物理性。•非线性问题应使用多步命令。若勾选多步命令，程序在一定伪时间内逐渐向模型施加边界条件，可以观察零件逐步发生变化的过程。勾选多步后会出现大变形选项，它用于支持大变形的元素。用静态分析研究动态问题时，应使用多步命令和大变形选项。•非线性伪时间：用户将可输入起始、结束、增量的时间。可使用更多增量命令改变不同时间区间内的增量大小。•高级选项：设置收敛性和自动步控制、自动步尺寸控制、输出间隔、求解器控制、有限元公式、大变形方式等。Analysis（分析）页面右键单击Analysis（分析）页面会弹出以下菜单。右键菜单各命令介绍如下：•关于分析：弹出“关于分析”对话框，显示版本信息和分析升级快捷键。•模型偏好：可设置边界条件标志大小、结果页面默认设置等。•收起树图/展开树图：把分析树图收起/展开。•复制模拟：可让用户保存现有模拟中的材料、约束、边界条件和网格设定，进行新的分析。单击该命令后会弹出“选择分析类型”对话框。•删除模拟：删除当前模拟。Analysis（分析）页面——右键菜单TL：误差较小，但误差随步长增加而积累。UL：误差大，但误差不会积累。有超弹性材料时自动使用。ULs：忽略刚体旋转矩阵修正的UL。若两步间的旋转很小，可加快计算速度。有时也可提高数值收敛性。每步误差小于收敛误差范数，迭代次数小于每步最大迭代次数。Courant时间步长限制因子仅用于显式求解器。使用自动步进控制：若在步内迭代不能收敛至误差范数，程序会自动降低步长，尝试用新步长解决问题。用户输入最小/最大步长。或使用最大步长=首次增量，最小步长=首次增量/1000命令。稀疏直接：问题无近似时首选。稀疏迭代：作为默认，允许通过控制误差提高求解速度。前：减少解决大问题所需内存。JPCG迭代：较慢，但可在内存有限时解大问题。Sefea为AMPS专有，提供与高度优化的六面体相同的精确度，但只使用自动生成的一阶四面体元素，且计算速度更快。设置输出一次结果间隔的步数下图为分析页面高级分析选项对话框，一般可直接使用默认值。Analysis（分析）页面——高级选项将立体实体当做壳网格化：把实体表面作为壳有限元分析。只能在各实体的全部壳是由同种材料构成、厚度相同时使用。若实体有多种材料或厚度，实体面应先转换为表面。方法为：在CAXA3D中选定某面（或按住SHIFT键选取多个面），从右键单击弹出的菜单中选择“创建”“抽取表面”。这样就创建了一个新的实体，而之前选择的面转换成了表面。完成创建表面后，将实体部分删除。材料部分的添加新材料键用于添加更多的材料页面。每个材料页面仅使用一种材料，可把这中材料分配给多个实体。删除未用材料键用于删除没有分配实体的多余材料页面。FEA单位：用于设置分析单位系统。CAD模型单位设置通过常用单位仅分析可见件：只分析可见的零件。单击模型叶，显示以下页面：模型页面模型页面——材料页面编辑材料：未勾选名称下面的非线性/各向异性时，可编辑线性材料性质。反之可编辑非线性/各向异性材料性质。类别：碳钢、铸铁、合金钢等材料类别。名称：属于某类别的材料名称。非线性/各向异性：勾选后使用编辑材料可使用非线性应力模型，包括塑性和橡胶等，以及各向异性应力、热和电。可对各材料性质使用非线性乘数，允许材料值乘以一个由输出变量当前值决定的因子。例如设置杨氏模量关于温度的变化。材料物理性：用户可以控制有限元分析模拟中每种材料使用的物理性。可仅选择分配到该材料的实体所涉及的物理性。设置关联：可为壳模型设置默认厚度。可为热模型设定材料的无膨胀温度和材料产热密度(热能/体积)。添加实体：单击添加实体键再单击模型中的实体，可把实体添加给某种材料类。再单击接受键（位于原添加实体键位置）接受改变。如果在单击接受前再次点击了实体，会取消对实体的选择，所以此时单击接受该实体不会被添加。材料源为AFEMaterial.csv文件，用户可根据自身需要将常用材料加入材料源。更新材料后会显示页面名称：“（实体编号）[E]物理性-材料名”。上面物理性是这种材料使用物理性的首字母。当材料被编辑过可能与AFEMaterial库中材料不相符时，会在页面名称中显示“E”字母。约束页面应力部分的“位置和旋转”用于添加位置和旋转约束，单击可设置约束单位和约束所用的坐标系（全局坐标、球坐标、柱坐标等）。对于多步/依附时间分析，位移自动会与时间因子相乘。在壳分析中，还可设置节点旋转。热部分的温度键设置温度约束和其单位。温度页面上的“高级”，可改变温度约束的时间依附性，即设置随时间变化的约束或初始温度约束。“高级”中还有为求解非线性问题所用的“额外弧长控制”命令。电部分的电压键，可设置添加电压约束（单位福特）。使用页面上的“高级”，可改变电压约束的时间依附性，即设置随时间变化的约束或初始温度约束。“高级”中还有为求解非线性问题所用的“额外弧长控制”命令。单击高级约束弹出高级约束页面，用户可向模型添加高级约束。当前可用：表面接触，捆绑/粘合，刚性旋转，节点刚度，节点阻尼和节点质量约束。当在分析页面选择了应力、热和电物理性时，单击约束叶会显示以下页面：当在约束页面单击高级约束后会显示以下页面：节点刚度用于抵抗节点的位移。节点阻尼试图把节点速度减弱至零，使用与速度大小正比、方向相反的力。节点质量为所选节点添加质量。在这里输入的刚度/阻尼/质量为实体所有节点上的总刚度/阻尼/质量，程序将根据总阻尼对各节点施加节刚度/阻尼/质量。用户可设置各节点量的单位、所用坐标系和其时间依附性。刚性旋转给模型添加刚性旋转约束，用户可输入旋转的量和旋转单位。若勾选“使用恒转速”，那么模型会使用固定的转速，大小为旋转角/模拟时间。捆绑/粘合用于把分别画网格的、有独立节点的多个实体粘在一起，这是通过把一个“主”几何与一或多个“从”几何捆绑/粘合实现的。它也可用于向模型施加周期性边界条件，应注意通过建立转换和/或旋转使从表面映射到主表面。它的高级选项用于设置粘合/捆绑自由度的种类，和确定主、从几何以及它们的关系。表面接触可为模型添加接触约束，程序自动检测用户指定表面的接触情况。注意区分“除所选全部”和“仅所选”，前者不检查用户所选平面，后者仅检查所选平面。摩擦部分可设置“摩擦系数”，若在分析页面选择了热物理性，这里可输入“产热系数”。高级设置可设置接触的物理性、穿透追踪和接触粘性阻尼等。单击“几何平面”按钮弹出接触面对话框。约束页面——高级约束各载荷源可有时间依附性。如果在分析页面选择了应力、热和电（对流）物理性，将显示：力：设定力/转矩的大小、单位、方向。压力：设置压强大小、单位、方向。热通量：设置单位面积热或总热量，以及热的单位。热/体积：弹出提醒：通过材料页面“设置关联”设置。辐射：输入发射因数、环境温度，选择单位。对流：输入对流系数、环境温度，选择单位。电流：分析页选择对流时可用，可输入电流密度/总电流的电流大小、单位。电荷：分析页选择介电时可用，可输入电荷密度/总电荷的电荷大小、单位。加速度：向整个模型添加唯一的线性加速度。可设置放向、单位。离心：向模型添加唯一的旋转力（即只能添加一个）。勾选“包含科里奥利力”会在分析中考虑该力。可设置方向、单位。不需外力：当模拟不需外力时，勾选该选项可去除载荷-源页前的??。单击网格叶将显示以下页面：生成网格：打开网格生成对话框，可选择几何类型、网格尺寸、网格类型、曲率细化和高级选项。网格开/关：设置模型是否显示网格，有时为观察模型可关