NX空间系统热简介复习课程.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。NX 空间系统热简介-NX空间系统热简介NX空间系统热是一个用于空间和一般应用的综合热和辐射仿真工具套件。与NXNastran相同,NX空间系统热是特定于高级仿真环境的。系统架构提供了Teamcenter工具的完全使用,以控制多个设计迭代和案例研究。热分析结果可以用作NXNastran求解器中热应力和挠曲分析的边界条件。NX空间系统热的共轭梯度求解器使用了稳定的双共轭梯度技术,以及一个预设定条件的矩阵。它将Newton-Raphson方法用于非线性条件,使运行状况不良的大型系统提高了性能。此求解器通过复
2、杂围场和遮挡表面的自动视角因子计算,对漫射辐射交换进行仿真。热边界条件和流边界条件均可以定义为恒定的或随时间变化的。NX空间系统热包括下列辐射建模特征: 辐射仿真o 辐射交换的完整建模o 轨道环境加热o 任意辐射源o 漫射、镜面反射和透射表面o 接合、自转装配o 与角度相关的镜面反射率、透射率o 与温度相关的发射率o 实体中的折射、射线消光 辐射计算技术o 视角因子,使用半立方体或分析方法o 镜面反射的确定性射线跟踪(双程方法)o 视角因子的迭代校正到消除视角因子残差o 辐射交换计算的发散性方法o 共轭梯度求解器技术,用以处理很大的模型 轨道建模和加热o 选择行星、轨道类型o 行星和太阳数据已
3、预加载o 从日期计算的太阳辐射o 基于矢量的姿态建模o 任意旋转、操纵o 控制轨道计算点o 输入太阳、地球矢量的选项o 轨道链o 集成的轨道观测仪 基于原始几何体的建模o 基于原始几何体形状的补充建模系统o ESARAD/THERMICA方法o 将基于原始几何体的模型导入其他辐射仿真应用模块,或从其他辐射仿真应用模块导出o 参数的点方法轨道加热仿真位于何处?要启动NX空间系统热,请打开一个部件文件,然后执行以下操作:1. 从开始菜单上,选择应用模块高级仿真。2. 在仿真导航器中,右键单击该部件,然后选择新建FEM和仿真。3. 在新建FEM和仿真对话框中,从求解器列表中选择NX空间系统热,然后选
4、择一种分析类型。在创建解算方案对话框中输入解算方案的名称。使用NX空间系统热在不考虑复杂性的情况下,任何NX空间系统热模型中热传递的基本建模步骤都是一样的。对于所有分析过程而言,要记住的最重要的规则是,开始时尽可能使用简单的模型,需要时再添加细节。实际上,这意味着您最初应该: 忽略装配中的次要部件或特征。 简化几何表示。 使用粗略的单元网格。 进行简单分析。例如,可执行稳态分析而不是瞬态分析,或仅使用少量计算点进行轨道仿真。 使用基本热传递计算和/或流体流动原理,检查求解结果。确信初始热和/或流体模型符合要求后,即可在必要时添加细节和使用更精细的网格。NX空间系统热的建模过程步骤编号应用模块,
5、文件类型任务1建模,部件(.prt)文件几何体建模、模型简化。2高级仿真,FEM(.fem)文件材料网格划分和网格捕集器如果正在对流进行建模,则可能需要先研究流体域网格划分(在下一步骤中),然后再对流模型进行网格划分。3高级仿真,仿真(.sim)文件解算方案选项流体域网格划分载荷、约束和仿真对象求解检查解法消息4后处理仿真(.sim)文件检查和显示结果对于NX中的所有仿真而言,此过程以对组件和装配的几何体进行建模开始。建模应用模块为对任何部件或装配进行建模提供了极好的工具。进入高级仿真应用模块,然后就可以使用“理想化”命令对几何体进行简化。在FEM文件中,使用网格划分工具可创建模型的有限元网格
6、。使用网格捕集器可定义材料和物理属性,并指定热-光学属性。在仿真文件中创建一种解算方案,以便包含载荷、约束及仿真对象,这些对象定义附加的传热途径、热载荷、恒温、辐射源和轨道条件。可使用解算方案对话框设置热和流仿真选项,并使用求解器参数控制求解器行为。然后可启动求解过程。“后处理”以图形方式显示结果并创建报告,以便将您的结果传送给设计小组。模型的数据结构 在建模部件文件内(示例:model.prt),您创建、改写或导入模型的实体几何体,其层次结构的构成为顶点、边、面和体。 在理想化部件文件内(示例:model_i.prt),以对仿真利用有意义的方式抽取几何详细信息。 在FEM文件内(示例:mod
7、el_fem1.fem),您创建3D、2D、1D或0D单元的网格,这些单元具有关联的材料属性和单元属性。 在仿真文件内(示例:model_sim1.sim),您定义热/流解法及对应的载荷、约束和仿真对象,然后对模型求解并对结果进行后处理。创建热/流模型NX热和流使用两种类型的工具定义热和/或流仿真: 使用边界条件创建工具可指定载荷、约束及其他仿真对象,这些对象描述模型的特定部分的特性。尽管已为模型的几何特征(点、边、面或实体)指定了边界条件,求解器最终都会将NX热和流边界条件应用于单元。 使用解法定义工具可设置解法属性和指定控制整个模型的求解器参数。它们始终作为一个整体应用于解法,从不应用于特
8、定的单元和几何体.传导建模NX空间系统热针对热传导使用有限体积公式。始终在共用节点的单元之间对传导进行建模,前提是满足以下条件: 必须定义单元的导热系数(材料属性)。 必须定义2D单元的厚度物理属性;必须定义1D单元的梁截面。辐射建模NX空间系统热的仿真功能基于辐射单元之间的视角因子(又称为形状因子或形态因子)。求解器计算所有辐射单元之间的黑体视角因子。它将这些因子和辐射表面属性(热-光学属性)结合起来使用,以计算辐射传导率。对于不服从灰体近似的曲面,可以计算射线跟踪视角因子,而不计算黑体视角因子。仅表面可辐射:3D体单元、2D壳单元、具有指定截面的1D梁单元和具有指定直径的0D集中质量单元的
9、面。必须在网格捕集器属性对话框的热-光学属性组中,选中辐射复选框,单元才能参与辐射交换。视角因子计算时间通常由阴影检查控制。对于每对单元,必须对所有其他单元检查和它们之间的阴影。要将阴影检查降至最低,就请定义一个闭合,从而请求仅在彼此可以形成视角的单元之间计算视角因子。轨道建模NX空间系统热提供工具以定义飞行器轨道、姿态和关节仿真,以及行星特性和外部太阳能通量。在定义飞行器的轨道、姿态和任何关节仿真后,NX空间系统热提供轨道观测仪,以显示结果仿真的动画,从而减少轨道建模错误。求解器使用所提供的信息计算环境热载荷: 直接太阳能 行星辐射 行星反射的太阳能(反照率)求解器自动创建行星的显式模型,以
10、精确计算飞行器中每个单元的行星加热。求解器首先计算从每个单元到这三个源的直接视角因子,然后使用黑体视角因子确定辐射通量的分布和吸收。将自动考虑蚀。对不同光谱的镜反射和透射效应建模。计算单元阴影以达到所定义的精度。获取结果NX空间系统热允许您选择两种独立的解算方案模式:稳态或瞬态。这两种模式的选项定义为解法属性。瞬时模型是通过按解算方案对话框中定义的离散时间间隔求积分来求解的。简单地说,这些时间步即时域的网格。在热域中,对于NX热求解器而言,较大或快速的温度变化要求时间步更小些。同样,对于NX流求解器而言,流型的较大变化也要求时间步更小些。每次求解之后,还要花些时间验证模型是否收敛。检查全局热平
11、衡和质量平衡的消息文件,看有无流问题。检查警告,并检查视角因子总和,看有无辐射问题。修改您的模型通过在Modeling应用模块中使用部件导航器,可轻松地完成对几何体的更改。部件更新应用更改并对网格进行标记以便更新。有限单元模型(FEM)的网格更改(包括单元属性更改)自动传播到仿真。而且,可能使用单元属性替代来替代仿真中的单元属性。仿真导航器为访问和修改所有仿真实体提供了一种快速而方便的方法。如果在创建实体时为它们指定了描述性的名称,则更容易在导航器中识别它们。选择对象也将在图形窗口中高亮显示对应的单元或图形符号。分析和解算方案类型概述NX空间系统热有两种分析类型,每个类型都有一个解算方案类型。
12、解算方案类型决定可以在解算方案中包含哪些建模功能,如单元类型、物理属性类型、载荷、约束、仿真对象和建模对象。注释:帮助文档的这一部分列出每种解算方案类型的建模功能。产品求解器分析:包含的解算方案类型NX空间系统热NX空间系统热热:空间系统热映射:热NX热/流轴对称热:轴对称热轴对称热:高级轴对称热轴对称映射:热热解算方案类型概述热分析类型提供传导和辐射的综合建模,以及包含对流的1D流体流的基本建模。空间系统热解算方案类型中的特征网格捕集器集中质量梁管道外壳实体物理属性集中质量梁薄壳多层壳均匀多层壳非均匀载荷热载荷约束温度初始温度简单辐射到环境对流到环境映射仿真对象热耦合热耦合辐射热耦合高级热耦
13、合对流界面阻抗面与面接触辐射辐射单元分割轨道加热太阳能加热空间辐射加热关节仿真Peltier冷却器焦耳加热管流边界条件停用集高级报告分类高级参数建模对象碳化烧蚀活动加热器控制器高级参数管道压头损失常规实体运动副运动副轨道跟踪器层MonteCarlo设置轨道热-光学属性热-光学属性-高级温度调节装置位于何处?要创建热解算方案,请在创建解算方案对话框中执行下列操作:从求解器列表中选择NX空间系统热。接下来,从分析类型列表中选择热,然后从解算方案类型列表中选择空间系统热。轴对称热解算方案类型轴对称建模可以简化模型的准备,并在不牺牲细节或准确性的前提下显著减少模型准备和分析的时间。轴对称建模将3D轴对
14、称模型简化为能以更快速度生成同样结果的2D模型。整个物理几何体以及材料和边界条件必须是轴对称的,不能混合使用轴对称和非轴对称的几何体、单元或边界条件。唯一支持的类型是轴对称外壳单元。在分析期间,轴对称外壳单元绕轴旋转生成3D单元,以便进行热仿真。3D单元从不出现在屏幕上。通常,在创建轴对称模型时可以使用与创建3D模型时相同的技术。主要区别在于,几何体仅在XZ平面内创建,而且必须这样构造,以确保如果它绕Z轴旋转360度,仍可准确地建立物理几何体的模型。通常适用于曲面和2D外壳单元的热边界条件适用于以轴对称外壳单元划分网格的面的多边形边。通常适用于3D体单元的热边界条件适用于多边形面和轴对称壳单元
15、。指定要在展开模型中使用的小平面数量。这决定在轴对称单元绕Z轴完整旋转一周时将创建的单元数量。在求解器参数对话框的“辐射”参数页面上,在轴对称段数框中键入旋转模型中小平面的数量。轴对称热分析类型有两种解算方案类型: 轴对称热-传导、对流和辐射的基本轴对称建模。 高级轴对称热-传导和辐射的综合轴对称建模,以及与环境的对流的基本轴对称建模。轴对称热和高级轴对称热解算方案类型中的功能二者中都有的功能:轴对称热高级轴对称热仅在高级轴对称热注释网格捕集器外壳物理属性无无载荷热载荷约束温度初始温度简单辐射到环境对流到环境映射(热区域类型)映射(排除单元类型)仿真对象热耦合热耦合辐射热耦合-高级界面阻抗(曲
16、面界面类型)辐射辐射加热停用集停用集高级报告分类高级参数建模对象碳化烧蚀虽然此功能在轴对称热解法的界面中可见,但如果包括在解法中,它将不起任何作用。活动加热器控制器虽然此功能在轴对称热解法的界面中可见,但如果包括在解法中,它将不起任何作用。高级参数热常规实体图层MonteCarlo设置虽然此功能在轴对称热解法的界面中可见,但如果包括在解法中,它将不起任何作用。热-光学属性热-光学属性-高级虽然此功能在轴对称热解法的界面中可见,但如果包括在解法中,它将不起任何作用。温度调节装置位于何处?要创建轴对称热解算方案或高级轴对称热解算方案,请在解算方案对话框中执行以下操作:从求解器列表中选择NXTHER
17、MALFLOW。接着,从分析类型列表中选择轴对称热,然后从解算方案类型列表中选择轴对称热或高级轴对称热。映射空间系统热解算方案类型映射分析类型空间系统热解法将映射限定为目标模型中的指定区域,这些区域映射到源模型中的类似区域。它还指定横向梯度目标集。映射分析类型只有一个解算方案类型,即热。映射热解算方案类型中的功能网格捕集器集中质量梁管道外壳实线约束区域关联横向梯度目标集位于何处?要创建映射分析类型空间系统热解算方案,请在目标模型的SIM中,在创建解算方案对话框中执行以下操作:从求解器列表中选择NXSPACESYSTEMSTHERMAL,然后从分析类型列表中选择映射,从解算方案类型列表中选择空间
18、系统热。轴对称映射解算方案类型轴对称映射分析类型热解法将映射限制在目标模型中的指定区域,这些区域映射到源模型中的类似区域。轴对称映射分析类型只有一个解算方案类型,即热。轴对称映射-热解算方案类型中的功能网格捕集器外壳约束区域关联(热)位于何处?要创建轴对称映射分析热解法,请在目标模型的SIM中,在创建解法对话框中执行下列操作:从求解器列表中选择NXTHERMALFLOW。接下来,从分析类型列表中选择轴对称映射,然后从解算方案类型列表中选择热。解法选项概述尽管默认设置通常可生成结果,但您应在每次分析之前检查选定的解算方案选项。常用设置位于解算方案对话框的解算方案细节页和环境条件页中。当其他页上的
19、设置用于解算的模型时,应该要始终对这些设置进行检查。 对于瞬态分析,必须在“瞬态”页上指定起始时间和结束时间,并检查其他设置是否正确。更改“初始条件”页上的默认设置可以节约分析的时间。 对于较大的模型,在“结果选项”页上,取消选择不必要的结果类型的选项,可以减少处理时间并缩小结果文件的大小。位于何处?要定义解算方案选项,可在仿真中执行以下操作之一: 在仿真导航器中,右键单击解算方案并选取编辑解算方案。在高级仿真工具条上,单击解算。在解算对话框中,单击编辑解算方案。解算方案对话框解算方案详细信息选项描述解算选项运行目录控制运行目录的名称和位置,求解器将在该目录中生成输入文件和输出文件,包括结果、
20、消息、警告/错误、收敛绘图和草图文件。仿真解法名称在工作目录中生成一个子目录,其命名方式为当前仿真名称后跟一个连字符和活动解法的名称。解法名称在工作目录中生成一个子目录,将其命名为活动解法的名称。当前仿真在与当前仿真相同的目录中生成求解器文件。不创建任何子目录。指定允许指定运行目录的名称和位置。在运行目录位置框中输入路径和文件名,或单击浏览到该位置。解算热仅对耦合热-流分析类型显示。允许指定是否运行热求解器。解算流仅对耦合热-流分析类型显示。允许指定是否运行流求解器。湍流模型仅对流或耦合热-流分析类型显示。允许指定求解器用于进行流分析的湍流模型。关于更多信息,请参见了解湍流模型。浮力仅对流或耦
21、合热-流分析类型显示。控制求解器是否在分析中包含浮力项。您可将浮力模型指定为求解器参数。有关更多信息,请参见文章设置流求解器参数。注释:如果选择浮力,则必须在环境条件页中定义重力方向。凝聚/蒸发仅针对NX高级耦合热-流或NX高级热/流(带ESC)解算方案类型显示。控制求解器是否会计算水膜和空气湿度之间的水蒸气通量。在接触流体体积的热单元上计算水累积量。关于更多信息,请参见对凝聚和蒸发建模。解算方案类型解算方案类型允许将解算方案定义为稳态或瞬态。瞬态热载荷以用于稳态仅在从解算方案类型列表中选择了稳态时才显示。允许选择求解器用于处理解法中定义的任何瞬态热载的方法。指定时间的载荷抽取指定时间格的边界
22、条件值,并用作为常数值。在使用载荷的时间框中输入以秒为单位的时间格。平均时间计算所有单元热载荷的平均时间,并将它们用作恒稳态的边界条件。当热载荷是周期性的时候,它尤为有用。不要使用瞬态载荷恒稳态分析忽略所有已定义的随时间变化而变化的边界条件。温度调节装置仅在从解算方案类型列表中选择了稳态时才显示。允许选择求解器用于处理解法中定义的任何温度调节装置建模对象的方法。有关更多信息,请参见了解用于稳态分析的温度调节装置选项。高级高级参数允许在解算方案中包括一个或多个高级参数建模对象。所包括的高级参数对象的数量显示在括号中。关于更多信息,请参见高级参数概述。一般实体允许在解算方案中包括一个或多个一般实体
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