内容介绍

《NX CAE应用实战案例精粹》是作者团队从事CAE应用工作二十几年来的经验总结和知识积累，以实际投产使用的产品为主线，详细介绍了CAE仿真技术的基本理念与方法，力图使读者在短时间内理解并掌握强大的CAE结构仿真功能，并进行有针对性的操作。

《NX CAE应用实战案例精粹》共分为20章，第1章介绍了CAE在产品生命周期中的作用，CAE仿真技术如何降低成本，CAE主业务流程，以及常用钢结构设计标准规范等；第2章至第20章根据产品分类，详细讲解了散料设备、冶炼设备、连铸设备、轧钢设备、焦炉设备、起重设备、冶金车辆设备及港口设备等产品钢结构的CAE仿真分析方法和分析过程。

《NX CAE应用实战案例精粹》面向NX Nastran 6用户，以及负责产品设计研发的技术层面主管，既适合初学者了解产品实例的具体研发方法和过程，也适合已掌握NX CAE技术的中、高级读者参考使用。

编辑推荐

《NX CAE应用实战案例精粹》：大连重工起重精彩案例深度剖析 以二十余年CAE应用经验与积累为底蕴 以典型产品CAE建模思路与方法为主线 以CAE仿真软件Siermens NX 6为平台 以国内外钢结构设计标准与规范为指导 NX是一套涵盖范围十分广泛的产品应用程序，利用关键属性帮助公司实现下列业务目标：减少浪费，提高质量，缩短周期并提高产品创新性。这些独特的属性可以直接支持旨在改善产品开发的各种业务过程方案。 受控的开发环境 NX解决方案可以对所有产品数据和过程知识进行全面集成、同步管理，用-个结构化的协同环境来改善产品开发。 统一的产品开发解决方案 对各个NX应用程序无缝集成，可以快速传播产品和过程信息的变更，用-个从概念到制造的统一开发系统来取代点解决方案。 知识驱动的自动化 利用NX，公司能够在产品开发的所有要素中应用产品和过程知识，使过程实现自动化并使重复使用率最大化。 仿真、验证和优化 NX里面的全面仿真和验证工具可以在开发过程的每个步骤自动检查产品性能和可制造性，进行闭环、持续、可重复的验证。 系统级工程 NX的结构化概念模型可以实现设计标准化，快速创建各种变型，从而把开发由一个基于不可见的设计过程转化为-个系统工程方法。

文摘

插图： CAE（Computer Aided Engineering计算机辅助工程）是当今产品研发设计中不可或缺的、最先进的设计手段和设计方法之一。目前，我国的装备制造企业大都采用了CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）、CAE及CAM（Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）等新技术和新手段进行产品设计和制造，有些企业已经达到CAD／CAE／CAM技术一体化集成，实现了无纸化设计和加工制造，显著提高了企业的研发能力和创新能力，在研发手段和应用软件方面与国外同行业基本接轨。在此进程中，CAE仿真技术起着巨大的推动作用。与以往相比，CAE仿真的作用不再只是配角，不仅进行事后校核计算，更参与设计产品生命周期的全过程，包括设计方案的审核、评估、改进、优化、批准和发布。它不仅满足了用户对产品使用功能的要求，而且还满足了产品结构本身的应力、变形、稳定性、振动及疲劳等设计功能要求，从而真正提高了产品的设计质量和使用可靠性。 装备制造业产品的全生命周期管理如图1.1所示，包括产品的需求分析与策划、产品概念设计、产品工程设计、产品制造、产品测试与检验、产品装配、产品销售、产品维护与维修，以及产品报废与回收等。CAE仿真技术在产品全生命周期中均发挥重要作用，为企业创造了巨大的经济效益和社会效益。

目录

第1章 CAE仿真技术应用的基本理念与方法 1 1.1 CAE仿真技术在产品生命周期中的作用 2 1.2 CAE仿真技术如何降低成本 4 1.3 CAE仿真技术如何提升产品质量 6 1.4 CAE仿真技术应用的主要工作内容 6 1.5 CAE仿真计算的主业务流程 7 1.6 CAE建模的总体思路 7 1.7 CAE常用设计标准规范及其选用 8 1.8 CAE从业人员应具备的素质 9 1.9 本章小结 10 第2章 大型斗轮取料机俯仰钢结构NX CAE应用实战案例 11 2.1 CAE计算方法的选用 12 2.2 CAE计算标准的选用 12 2.3 结构材料及其许用应力值 12 2.4 CAE模型简化原则 12 2.5 计算载荷及工况组合 12 2.6 斗轮取料机俯仰钢结构CAE前处理建模 13 2.7 CAE网格划分 21 2.8 CAE施加约束和载荷 26 2.9 CAE模型解算 28 2.10 CAE计算结果后处理与评估 29 2.11 俯仰钢结构斜杆稳定性计算结果 31 2.11.1 修改之前的计算结果 34 2.11.2 修改之后的计算结果 35 2.12 斗轮取料机俯仰钢结构固有频率分析计算 37 2.13 本章小结 39 第3章 大型堆料机俯仰钢结构NX CAE应用实战案例 41 3.1 CAE计算方法的选用 42 3.2 CAE计算标准的选用 42 3.3 结构材料及其许用应力值 42 3.4 CAE模型简化原则 43 3.5 CAE计算载荷及工况组合 43 3.6 堆料机俯仰钢结构CAE前处理建模 43 3.7 CAE网格划分 45 3.8 CAE施加约束和载荷 51 3.9 CAE模型解算 54 3.10 CAE计算结果后处理与评估 54 3.11 俯仰钢结构杆件稳定性计算 59 3.12 俯仰钢结构疲劳分析计算 63 3.13 堆料机俯仰钢结构固有频率分析计算 64 3.14 本章小结 66 第4章 大型堆取料机回转钢结构NX CAE应用实战案例 67 4.1 CAE计算方法的选用 68 4.2 CAE计算标准的选用 68 4.3 结构材料及其许用应力值 68 4.4 CAE模型简化原则 68 4.5 计算载荷及工况组合 68 4.6 回转钢结构CAE前处理建模 69 4.7 CAE网格划分 78 4.8 施加约束和载荷 83 4.9 CAE模型解算 84 4.10 CAE计算结果后处理与评估 85 4.11 回转钢结构方案对比计算 86 4.12 板屈曲校核 89 4.13 疲劳校核 92 4.14 本章小结 93 第5章 大型堆取料机门座架钢结构NX CAE应用实战案例 95 5.1 CAE计算方法的选用 96 5.2 CAE计算标准的选用 96 5.3 结构材料及其许用应力值 96 5.4 CAE模型简化原则 96 5.5 计算载荷及工况组合 96 5.6 门座架钢结构CAE前处理建模 97 5.7 CAE网格划分 105 5.8 施加约束和载荷 111 5.9 CAE模型解算 112 5.10 CAE计算结果后处理与评估 113 5.11 疲劳强度分析评估 116 5.12 板屈曲校核 117 5.13 门座架钢结构方案对比计算 119 5.14 本章小结 120 第6章 大型堆取料机走行装置NX CAE应用实战案例 121 6.1 CAE计算方法的选用 122 6.2 CAE计算标准的选用 122 6.3 结构材料及其许用应力值 122 6.4 CAE模型简化原则 122 6.5 计算载荷及工况组合 122 6.6 走行装置钢结构CAE前处理建模 123 6.7 CAE网格划分 132 6.8 CAE施加约束和载荷 137 6.9 CAE模型解算 139 6.10 CAE计算结果后处理与评估 140 6.11 走行装置钢结构固有频率分析计算 142 6.12 走行装置疲劳强度分析评估 144 6.13 走行装置板屈曲校核 145 6.14 本章小结 146 第7章 大型堆料机尾车NX CAE应用实战案例 147 7.1 CAE计算方法的选用 148 7.2 CAE计算标准的选用 148 7.3 结构材料及其许用应力值 148 7.4 CAE模型简化原则 148 7.5 计算载荷及工况组合 148 7.6 尾车钢结构CAE前处理建模 149 7.7 CAE网格划分 160 7.8 CAE施加约束和载荷 166 7.9 CAE模型解算 168 7.10 CAE计算结果后处理与评估 169 7.11 疲劳强度分析评估 174 7.12 板屈曲校核 175 7.13 尾车其他结构形式 176 7.14 本章小结 177 第8章 大型排土机受料臂主钢结构NX CAE应用实战案例 179 8.1 CAE计算方法的选用 180 8.2 CAE计算标准的选用 180 8.3 结构材料及其许用应力值 180 8.4 CAE模型简化原则 180 8.5 CAE计算载荷 180 8.6 CAE主要计算内容 181 8.7 排土机受料臂主钢结构CAE前处理建模 181 8.8 CAE网格划分 188 8.9 CAE施加约束和载荷 194 8.10 CAE模型解算 195 8.11 CAE计算结果后处理与评估 196 8.12 本章小结 199 第9章 翻车机主钢结构NX CAE应用实战案例 201 9.1 CAE计算方法的选用 202 9.2 CAE计算标准的选用 202 9.3 结构材料及其许用应力值 202 9.4 CAE模型简化原则 202 9.5 计算载荷及工况组合 202 9.6 翻车机CAE前处理建模 204 9.7 CAE网格划分 210 9.8 CAE施加约束和载荷 214 9.9 CAE模型解算 215 9.10 CAE计算结果后处理与评估 216 9.11 疲劳强度分析评估 221 9.12 板屈曲校核 222 9.13 翻车机固有频率分析计算 223 9.14 本章小结 225 第10章 铁水罐/钢水罐主钢结构NX CAE应用实战案例 227 10.1 CAE计算方法的选用 228 10.2 CAE计算标准的选用 228 10.3 金属结构材料 228 10.4 CAE模型简化原则 229 10.5 铁水罐主钢结构CAE计算 229 10.5.1 铁水罐计算载荷及计算工况 229 10.5.2 铁水罐主钢结构CAE前处理建模 229 10.5.3 铁水罐网格划分 238 10.5.4 铁水罐施加约束和载荷 241 10.5.5 铁水罐有限元模型解算 244 10.5.6 铁水罐CAE计算结果后处理 245 10.6 钢水罐主钢结构CAE计算 247 10.7 罐座钢结构CAE计算 248 10.7.1 罐座钢结构计算载荷及工况 248 10.7.2 罐座钢结构计算结果后处理 248 10.8 倾翻架及传动装置底座CAE计算 250 10.8.1 倾翻架及传动装置底座几何模型的创建 250 10.8.2 倾翻架及传动装置底座有限元模型的创建 250 10.8.3 倾翻架及传动装置底座计算载荷与工况 252 10.8.4 倾翻架及传动装置底座有限元模型解算 252 10.8.5 倾翻架及传动装置底座计算结果后处理 252 10.9 本章小结 254 第11章 铁水罐倾翻过程动特性模拟NX CAE应用实战案例 255 11.1 CAE模型简化原则 256 11.2 铁水罐倾翻过程手动模拟 256 11.2.1 铁水罐主要参数及倾翻工况 256 11.2.2 铁水罐倾翻模型准备 256 11.2.3 铁水及铁渣模型切割 260 11.3 铁水罐倾翻过程模拟应用程序开发 264 11.3.1 出水点位置的确定 264 11.3.2 子程序开发原理 265 11.3.3 主程序开发原理 266 11.3.4 程序开发操作过程简介 267 11.3.5 制作嵌入NX工具栏内的程序调用按钮 268 11.4 铁水罐倾翻过程模拟结果处理 269 11.5 本章小结 271 第12章 连铸机大包回转平台主钢结构NX CAE应用实战案例 273 12.1 CAE计算方法的选用 274 12.2 CAE计算标准的选用 274 12.3 结构材料及其许用应力值 274 12.4 CAE模型简化原则 274 12.5 计算载荷及工况组合 274 12.6 连铸机大包回转平台主钢结构CAE前处理建模 275 12.7 CAE网格划分 280 12.8 CAE施加约束和载荷 285 12.9 CAE模型解算 288 12.10 CAE计算结果后处理与评估 289 12.11 本章小结 295 第13章 轧机主钢结构NX CAE应用实战案例 297 13.1 CAE计算方法的选用 298 13.2 CAE计算标准的选用 298 13.3 结构材料及其许用应力值 298 13.4 CAE模型简化原则 298 13.5 四辊粗轧机牌坊CAE计算 298 13.5.1 四辊粗轧机牌坊计算载荷及工况组合 298 13.5.2 四辊粗轧机牌坊主钢结构CAE前处理建模 299 13.5.3 四辊粗轧机牌坊网格划分 306 13.5.4 四辊粗轧机牌坊施加约束和载荷 309 13.5.5 四辊粗轧机牌坊模型解算 311 13.5.6 四辊粗轧机牌坊计算结果后处理与评估 312 13.6 轧机滚切式定尺剪机组曲轴钢结构CAE计算 314 13.7 侧压式压力矫直机钢结构CAE计算 315 13.7.1 侧压式压力矫直机钢结构计算载荷及工况组合 315 13.7.2 侧压式压力矫直机钢结构计算结果后处理与评估 315 13.7.3 侧压式压力矫直机钢结构疲劳强度分析与评估 319 13.8 轧机双边剪机构运动仿真分析计算 320 13.8.1 双边剪机构原理图的创建 320 13.8.2 双边剪机构运动仿真模型的创建 321 13.8.3 双边剪机构运动仿真模型解算 323 13.8.4 运动仿真计算结果后处理 324 13.9 本章小结 328 第14章 焦炉设备主钢结构NX CAE应用实战案例 329 14.1 CAE计算方法的选用 330 14.2 CAE计算标准的选用 330 14.3 结构材料及其许用应力值 330 14.4 CAE模型简化原则 330 14.5 计算工况 331 14.6 计算载荷 331 14.7 捣固装煤推焦机主钢结构CAE前处理建模 331 14.8 CAE网格划分 337 14.9 CAE施加约束和载荷 345 14.10 CAE模型解算 346 14.11 CAE计算结果后处理与评估 347 14.12 主钢结构及走行CAE计算结果 348 14.13 走行结构CAE详细计算结果 352 14.14 本章小结 357 第15章 起重机类产品主钢结构NX CAE应用实战案例 359 15.1 CAE计算方法的选用 360 15.2 CAE计算标准的选用 360 15.3 结构材料及其许用应力值 360 15.4 CAE模型简化原则 360 15.5 计算载荷及工况组合 360 15.6 桥吊主梁钢结构CAE前处理建模 361 15.7 CAE网格划分 367 15.8 施加约束和载荷 372 15.9 CAE模型解算 373 15.10 CAE计算结果后处理与评估 374 15.11 桥吊主梁钢结构CAE计算结果 376 15.12 起重机类产品其他钢结构计算 377 15.13 本章小结 381 第16章 电炉辅助钢结构NX CAE应用实战案例 383 16.1 CAE计算方法的选用 384 16.2 CAE计算标准的选用 384 16.3 结构材料及其许用应力值 384 16.4 CAE模型简化原则 384 16.5 电石炉炉盖钢结构CAE计算 384 16.5.1 电石炉炉盖钢结构计算载荷及工况组合 384 16.5.2 电石炉炉盖钢结构CAE前处理建模 385 16.5.3 电石炉炉盖钢结构网格划分 394 16.5.4 电石炉炉盖施加约束和载荷 397 16.5.5 电石炉炉盖模型解算 399 16.5.6 电石炉炉盖计算结果后处理与评估 400 16.6 镍铁电炉炉顶加料仓钢结构CAE计算 401 16.6.1 镍铁电炉炉顶加料仓计算载荷及工况组合 402 16.6.2 镍铁电炉炉顶加料仓计算结果后处理与评估 402 16.7 镍铁电炉过渡料仓钢结构CAE计算 404 16.7.1 镍铁电炉过渡料仓钢结构计算载荷及工况组合 404 16.7.2 镍铁电炉过渡料仓钢结构计算结果后处理与评估 404 16.8 镍铁电炉配料仓钢结构CAE计算 405 16.8.1 镍铁电炉配料仓钢结构计算载荷及工况组合 405 16.8.2 镍铁电炉配料仓钢结构计算结果后处理与评估 405 16.9 本章小结 406 第17章 冶金车辆产品主钢结构NX CAE应用实战案例 407 17.1 CAE计算方法的选用 408 17.2 CAE计算标准的选用 408 17.3 结构材料及其许用应力值 408 17.4 CAE模型简化原则 408 17.5 CAE计算载荷及工况组合 408 17.6 均衡梁CAE前处理建模 408 17.7 CAE网格划分 418 17.8 CAE施加约束和载荷 423 17.9 CAE模型解算 424 17.10 均衡梁CAE计算结果后处理与评估 426 17.11 均衡梁立板疲劳校核 428 17.12 车架钢结构计算结果后处理与评估 429 17.13 车架钢结构板局部屈曲校核 430 17.14 车架疲劳强度校核 431 17.15 本章小结 432 第18章 大型卸船机主钢结构NX CAE应用实战案例 433 18.1 CAE计算方法的选用 434 18.2 CAE计算标准的选用 434 18.3 结构材料及其许用应力值 434 18.4 CAE模型简化原则 434 18.5 计算载荷及工况组合 434 18.6 卸船机主钢结构CAE前处理建模 435 18.7 CAE网格划分 438 18.8 CAE施加约束和载荷 445 18.9 CAE模型解算 447 18.10 CAE计算结果后处理与评估 448 18.11 机器房撑杆受压稳定性计算 452 18.12 疲劳强度分析评估 453 18.13 板屈曲校核 454 18.14 本章小结 455 第19章 岸边集装箱起重机主钢结构NX CAE应用实战案例 457 19.1 CAE计算方法的选用 458 19.2 CAE计算标准的选用 458 19.3 结构材料及其许用应力值 458 19.4 CAE模型简化原则 458 19.5 计算载荷和载荷系数 458 19.6 载荷组合 459 19.7 岸桥钢结构CAE前处理建模 460 19.8 CAE网格划分 463 19.9 CAE施加约束和载荷 468 19.10 CAE模型解算 471 19.11 CAE计算结果后处理与评估 472 19.12 岸桥主钢结构前后拉杆稳定性计算 475 19.13 岸桥主钢结构疲劳计算 476 19.14 本章小结 477 第20章 大型门座起重机主钢结构NX CAE应用实战案例 479 20.1 CAE计算方法的选用 480 20.2 CAE计算标准的选用 480 20.3 结构材料及其许用应力值 480 20.4 CAE模型简化原则 480 20.5 计算载荷和载荷系数 481 20.6 载荷组合 481 20.7 门座起重机主钢结构CAE前处理建模 481 20.8 CAE网格划分 484 20.9 CAE施加约束和载荷 491 20.10 CAE模型解算 495 20.11 CAE计算结果后处理与评估 495 20.12 主钢结构杆件稳定性计算 500 20.13 板屈曲校核 501 20.14 门座起重机主钢结构固有频率分析计算 502 20.15 本章小结 504 参考文献 505

作者简介

李春亭，现任大连重工起重集团有限公司设计研究院计算机室主任、公司PDM项目经理、高级工程师，主要从事企业信息化总体规划、咨询与实施（CAD／CAE／CAPP／PDM）、产品机构仿真与产品结构仿真等工作。 二十余年来，先后主持并完成斗轮堆取料机、混铁水车、钢（铁）水罐、TBM／SBM设备CAD专家系统研发，大型散料设备、冶金设备钢结构CAE仿真分析与优化，制造业信息化总体规划，以及制造业PDM项目实施与咨询等工作，并在《CAD／CAM与制造业信息化》、《重型机械》、《起重运输机械》、《铁道车辆》、《冶金设备》、《机械工程师》、《港口机械》等杂志发表多篇论文。

序言

作为世界级的制造大国，中国正面临着前所未有的挑战——原材料的变化与价格攀升，环境法规的日益完善及随之而来的制造成本、人力成本和物流成本的提升，以及市场需求的多样性和快速变化等。如何在这样的特殊时期里生存和发展，并最终成为一个制造强国，这对中国制造业在产品创新上提出了非常高的要求。有限元仿真技术就是一项在发达国家制造企业中广泛采用的技术手段，它在帮助企业加速产品设计和提升产品质量的同时，降低了制造成本，从而获得更高的利润率。 Siemens PLM Software作为有限元分析领域重要的解决方案供应商，其旗舰产品NX CAE集原有的I-Deas与UG产品于一身，并提供了独特的设计与分析一体化的NX解决方案。2003年9月，NX CAE获得了Nastran软件的所有商业许可权，并推出了自己的产品——NX Nastran。NX CAE解决方案不断提升其竞争力，赢得了包括NASA、洛克希德?马丁、梅赛德斯?奔驰等一大批忠实用户。在国内，我们也欣喜地看到，客户对于NX CAE的认可已不再是传统意义上的“事后校核”，更多的工程师和产品开发人员已经将NX CAE的独特功能应用于产品全生命周期管理并从中获益。通过大范围的应用，对原有工作模式和业务流程进行了改善，产品创新能力获得了提升，企业也因此获得了丰厚的经济效益。 NX CAE是集知识性、经验性和实践性于一体的高科技产品，在国防、航空航天、船舶、石化、机械、能源、交通运输及电子等行业有着广泛的应用。用户对指导材料和行业应用方面的丛书有很大的需求，为此，Siemens PLM Software组织行业应用专家、研究院所及公司内部具多年实战经验的工程师将经验总结出来，与广大用户分享。“Siemens NX CAE 仿真系列”将从理论知识、软件操作到行业实际应用等方面进行全面的指导，旨在共同提升广大读者乃至国内CAE技术的应用范围和水平。 “Siemens NX CAE 仿真系列”首册《NX CAE应用实战案例精粹》是我们的客户大连重工起重集团二十多年来CAE应用工作的经验总结和知识积累。该书以国内外钢结构设计标准规范为指导，以实际案例为主线，完美地展现了NX CAE技术在装备制造业钢结构设计仿真分析中的应用，相信读者会从中受益匪浅。我们也衷心地感谢大连重工起重集团CAE团队的辛勤付出， 感谢他们无私地将宝贵的应用经验与读者分享。 在这里，借此机会再次感谢广大用户和合作伙伴对于Siemens PLM Software的一贯关心与帮助，同时也感谢为此系列丛书的顺利出版提供支持的所有朋友们。