1、CAXA CAE 页面介绍MPCAXA有限元分析教程系列2014年 12月CAXA CAE 简介l 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 “CAXA CAE” 。 l CAXA CAE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。l CAXA CAE使用 SefeaTM （ Strain-Enriched FEA，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
2、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。l CAXA CAE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 CAXA 3D 中添加 CAXA CAE安装 CAXA 3D后安装 CAXA CAE。安装完成后，打开 CAXA 3D，在功能区选择“ 加载应用程序 ” 标签，单击 “
3、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 “ IronCAD MultiPhysics” 单击 “ 确定 ” 。添加 CAXA CAE 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 “ Multiphysics FEA
4、” 选项卡； 显示 FEA：显示 “ Multiphysics FEA” 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 CAXA 3D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
5、： 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；l 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
6、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Multiphysics FEA 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 Multiphysics FEA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
7、，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
8、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
9、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
10、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
11、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 CAXA 3D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
12、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
13、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AFE
14、Material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
15、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
16、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
17、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
18、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闭网格的显示。添加细化
19、 ：添加细化页面，对所选表面和边缘进行细化。可选择网格尺寸和曲率细化。对于未分组的实体 部分的 粘合 /独立： 控制未分组实体，粘合表示把实体合并划分网格，独立表示分别对各物体划分网格。添加粘合组 ：把更新实体列表中的实体粘合在一起。而这些实体将不与模型中的其它实体粘合。需要时可以用粘合组把代表不同材料的实体粘在一起。添 加独立组 ：使用后，更新实体列表中的实体既将不会相互粘合，也不会与其它实体粘合。如模型中有很多实体粘合在一起，只有小部分实体可以自由移动时，可先使用粘合选项，再为可自由移动的实体创建独立组即可。 网格页面单击网格叶将显示以下页面：二维 (XY)： 在 XY平面内的二维模型，程
20、序忽略模型可能存在的 Z分量。三维表面 /壳： 模型为表面实体。 立体模型： 使用立体实体，且模型页未用 “ 将立体实体当做壳网格化 ” 。注： 不能同时创建立体和壳元素。设置 网格尺寸 ：移动网格尺寸滑块，或在网格尺寸下的输入框输入值。立体网格可使用四面体元素。壳网格可用三角形元素。曲率细化比率 ：一个元素到实际实体几何的最大距离除以元素尺寸。如果这个值比输入的比率大，那么网格会被细化以减少误差。最小细化尺寸 ：不会进一步细化的最小网格尺寸。如果最小细化尺寸为 0.0，那么默认采用 5%的网格尺寸。忽略和抑制模型小于指定尺寸的小特征： 忽略模型的小特征。使用直径等于输入尺寸的参考球，忽略可被
21、它围住的小面，以及比公差短的小边等。通用平滑迭代次数： 在网格生成器中控制内部平滑。壳和二维平滑：平滑全部 和 除了边全部 命令还不能用。边不会被平滑以保留模型的细化。处理信息 ：暂不能使用，控制网格化中显示的信息量。二阶拉格朗日元素 ： 使用二阶 将不能使用 Sefea，创建二阶拉格朗日元素。同时勾选 投影至边界 使边界更精确。但结果在高度弯曲的边界上很难收敛 。生成 ：保存值并生成网格。仅保存： 保存输入本部分的值但不会生成网格。取消 ：丢弃所有改变，也不生成网格。网格页面 网格生成对话框单击结果叶将显示以下页面： 分析： 开始分析。也可用 “ 自动求解 ” 进行画网格和分析。读取新结果：
22、 读取可用新步的结果。 显示日志： 显示处理器日志。比例设置 ：设置比例系数来使变形等更加明显。 开 /关 ：开关上次用的比例值。动画比例 ：通过调整比例、播放速度生成的模型动画。可观察各步、保存动画。分析页面勾选多步时出现的部分。前五个键可改变显示的步或模式。动画 ：通过改变步显示动画。使用默认动画比例，或上次使用 比例设置 中的设置图解设置 ：设置图解的类型、范围、色彩，和图例格式等。 开 /关 ：开关图解。节点 ：使用鼠标 /输入节点编号，显示确定节点结果。元素 ：为壳模型显示壳元素的元素结果。可选多种结果种类。绘制 ：绘制节点结果随时间 /步变化的图，节点某结果随另一结果变化的图，或在某时 /步中沿某方向节点结果的图。注意搭配使用多物理性 FEA选择工具栏。积分 ：允许沿所选面或当前显示的切面积分结果。也可计算某面面积。设置 ：设置结果矢量。 显示 ：显示矢量。 流线 ：显示局部沿矢量切向的流线。勾选 高级结果 ：图解 /节点查询下拉菜单可用全部结果。否则仅显示最常用结果。选项 ：设置边界条件显示、读取结果、显示 FEA、切面图解、过时结果等选项 。结果页面谢 谢 !Thanks!
