3.3 项目操作
3.3.1 新建FEM模型和SIM模型
1）打开NX11.0，单击【打开】按钮，打开【M0301曲柄.prt】文件，单击【应用模块】节点，单击【前/后处理】
按钮。
2）在仿真导航器中右键单击【M0301_曲柄.prt】节点，选择【新建FEM】节点，如图3-2所示。
图3-2 【新建FEM】对话框
3）进入【新建部件文件】对话框，修改FEM文件保存位置（与prt文件放在同一个文件夹），单击【确定】按钮，如图3-3所示。弹出【新建FEM】对话框，勾选【创建理想化部件】复选框，【求解器】下拉列表框中选择【NX Nastran】选项，【分析类型】下拉列表框中选择【结构】选项，单击【确定】按钮，如图3-4所示。
图3-3 【新建部件文件】对话框
图3-4 【新建FEM】对话框
4）右击【仿真导航器】中【M0301曲柄fem.fem】节点，选择【新建仿真】节点，单击【确定】按钮，弹出【新建仿真】对话框，单击【确定】按钮，如图3-5所示。
图3-5 【新建仿真】对话框
5）弹出【解算方案】对话框，在【解算方案类型】下拉列表框中选择【SOL101线性静态-全局约束】选项，然后单击【确定】按钮，如图3-6所示。
图3-6 【解算方案】对话框
3.3.2 创建理想化模型
1）右击【仿真导航器】中的【M0301_曲柄fem1_i.prt】节点，选择【设为显示部件】节点，如图3-7所示，进入到理想化环境和操作界面中。
图3-7 仿真导航器
2）选择【提升体】
命令，选择曲柄实体后单击【确定】按钮，进行提升体（复制实体模型）操作，如图3-8所示。
图3-8 提升体操作
提示
提升体操作，换句话说就是将原来的主模型进行复制，目的是在执行【移除几何体特征】命令时在复制模型上进行操作，而不会改变主模型。
3）在【几何体准备】栏目中，单击【更多】选项，在【编辑和移除特征】中选择【移除几何特征】命令，如图3-9所示。
图3-9 【移除几何特征】命令
提示
读者还可以通过在菜单/插入/模型准备/移除特征，可以找到该操作命令。
4）在图形窗口中选择曲柄模型中的圆角特征，单击
按钮进行确认，两处圆角特征即可被移除，如图3-10所示。同样，选择曲柄模型上的螺纹特征，单击
按钮，进行特征移除操作，如图3-11所示。
图3-10 【移除几何特征】进行移除圆角的操作
图3-11 【移除几何特征】进行移除螺纹的操作
5）在工具栏中单击【编辑截面】按钮，如图3-12所示。弹出【视图剖切】对话框，并在【剖切平面】下的【方向】下拉列表框中选择【设置平面至Z】选项，对曲柄进行剖视显示，选择【移除几何特征】命令，选择曲柄中的油道，单击【确定】按钮，油道特征即被移除，如图3-13所示。
图3-12 【编辑截面】位置
图3-13 【移除几何特征】-移除油道
同样的操作，对曲柄右侧的顶角进行特征移除。移除特征后的效果如图3-14所示，单击【剪切截面】命令即可退出剖视图。
图3-14 移除几何特征后曲柄
6）为了对曲柄进行细节部分及后续的齿轮受力、曲柄承受扭矩等工况进行分析，需要对曲柄模型上的关键部位和关注区域进行网格细化。在理想化部件的操作中，先对其进行【拆分体】
处理。
单击【拆分体】
按钮，【选择体】选择曲柄模型，在【工具选项】选项框中选择【新建平面】选项，选择图3-15所示的平面，在【仿真设置】勾选【创建网格配对条件】复选框，单击【确定】按钮。
图3-15 【拆分体】
7）同理，使用【拆分体】按钮继续对曲柄进行拆分（每个台阶都进行拆分）。最后对齿轮部分进行拆分，单击【拆分体】按钮，【选择体】选择齿轮部分，在【工具选项】下拉列表框中选择【旋转】选项，单击【截面】中的【选择曲线】，选择任意一个齿的两条棱边线。在【轴】中的【指定矢量】选择X轴，【指定点】选择齿轮的圆心，如图3-16所示。
图3-16 齿轮部分【拆分体】命令
提示
【拆分体】完成后可以在过滤器中选择【实体】来检查【拆分体】结果是否正确。被拆分后的实体的共同特点应该为等截面体。
3.3.3 创建FEM模型
1）右键单击【M0301_曲柄fem1_i.prt】节点，选择【显示FEM】下的【M0301曲柄fem1.fem】节点，返回到FEM有限元模型中，如图3-17所示。进入FEM环境中，【仿真导航器】中的节点发生了变化，如图3-18所示。
图3-17 FEM有限元模型
图3-18 仿真导航器增加节点
2）选择【3D四面体】命令，对曲柄模型最左侧的配重盘进行网格划分，如图3-19所示。【选择体】为图形窗口中选择的曲柄配重盘部位，在【单元属性】下拉列表框中选择【CTETRA（10）】（四面体10节点）选项，在【单元格大小】下选中【自动单元格大小】
按钮，在【目标收集器】中单击【新建收集器】
按钮，弹出【网格收集器】对话框，如图3-20所示。
图3-19 【3D四面体网格】对话框
图3-20 【网格收集器】对话框
3）在【属性】子项的【类型】下拉列表框中选择【PSOLID】选项；单击【实体属性】右侧的【创建物理项】
按钮，弹出【PSOLID】对话框，如图3-21所示。
图3-21 【PSOLID】对话框
4）单击【材料】右侧的【选择材料】
按钮，弹出【材料列表】对话框，定义曲柄材料为【Iron40】（40号碳钢），在【类型】下拉列表框中选择【各向同性】选项，如图3-22所示，单击【确定】按钮返回【PSOLID】对话框。
图3-22 【材料列表】对话框
5）在【PSOLID】对话框中单击【确定】按钮返回到【3D四面体网格】对话框，单击【确定】按钮，自动完成划分网格，网格的效果如图3-23所示。
图3-23 曲柄配重盘网格划分的效果
6）同理，使用【3D四面体】命令，对除齿轮之外的部分进行网格划分，材料仍为【Iron40】（40号碳钢），网格划分后，曲柄网格划分的效果如图3-24所示。这样，除了齿轮上的轮齿部位还未进行网格划分之外，其他曲柄部位均已划分了网格。
图3-24 曲柄网格划分结果图
7）选择工具栏中的【2D映射】
命令，如图3-25所示，弹出【2D映射网格】对话框。采用该命令来对齿轮部位进行网格划分的操作。
图3-25 【2D映射】命令路径
8）在【选择对象】中选取其中一个齿轮的齿顶上表面，【单元属性】中【类型】下拉列表框中选择【CQUAD4】选项，单击【单元大小】右侧的【自动单元格大小】按钮
，取消勾选【网格划分参数】中的【将网格导出至求解器】复选框，如图3-26所示。
图3-26 齿顶2D映射网格
9）网格划分好后，在每条棱边上都出现了控制符号，单击齿顶左上角的控制符号，该符号会变成红色，进一步右键单击【编辑】节点，弹出【网格控件】对话框，【密度类型】选择【边上的数量】选项，在【边上的数量】下【单元数】参数框中输入【5】，单击【确定】按钮，如图3-27所示。用同样的方法修改齿轮齿顶右上角的控制符号，并修改单元数为【5】。
图3-27 【网格控件】对话框
10）在【仿真导航器】中右键单击【M0301_曲柄fem1.fem】节点，选择【更新】节点来更新划分后的网格。对比两次网格，修改网格密度后其网格细化程度更符合要求，如图3-28所示。
图3-28 齿顶【网格控件】细化网格操作
11）单击工具栏的【3D四面体网格】图标右侧的小三角形符号，单击【3D扫掠网格】按钮，弹出“3D扫掠网格”对话框，默认【类型】为【多体自动判断目标】，【选择源面】选择齿顶上表面，在【源单元大小】参数框中输入【1.5】，在【仅尝试四边形】选项框中选择【开-零个三角形】选项，如图3-29所示。选项【开-零个三角形】选项操作目的是：该实体部位可以划分成较为理想的六面体网格。
图3-29 【3D扫掠网格】对话框
12）使用同样的操作，对剩余齿顶进行网格细化，对齿根进行【3D四面体】网格划分，齿轮部分网格划分结果如图3-30所示。
图3-30 齿轮网格划分的效果图
3.3.4 创建SIM模型
1）右击【仿真导航器】中的【M0301曲柄fem1.fem】节点，选择【显示仿真】下的【M0301_曲柄_sim1i.sim】节点，进入SIM模型中。
2）添加约束。单击【约束类型】按钮，在下拉菜单中选择【NoTrans】（固定平移约束）节点，弹出【NoTrans（1）】对话框选择曲柄的轴承安装面作为约束面，如图3-31所示。
图3-31 固定平移约束
3）添加载荷。单击【载荷类型】按钮，在下拉菜单中选择【旋转（离心力载荷）】节点，弹出【Rotation（1）】对话框，【选择对象】选择底座受力面，【指定矢量】选择曲柄的轴向方向，在【属性】的【角速度】参数框中输入【14000】，单位改为【rev/min】，如图3-32所示。
图3-32 旋转载荷的添加方法
3.3.5 模型检查和求解解算方案
1）在【仿真导航器】窗口中右击【Solution1】节点，选择【编辑】节点，打开【解算方案】对话框。
2）在对话框中选择【工况控制】中的【输出请求】选项，单击【编辑】
按钮，弹出【Structural Outpu tRequests1】（结构输出请求1）对话框，单击【应变】按钮后勾选【启用STRAIN请求】复选框，在【排序】下拉列表框中选择【SORT1】选项，单击【确定】按钮，如图3-33所示。
图3-33【Structural Output Requests1】对话框
3）在【仿真导航器】窗口中右击【Solution1】节点，选择【求解】节点，进行解算，弹出图3-34所示的【求解】对话框，单击【确定】按钮，开始求解并等待求解结果。
图3-34 【求解】对话框