femap with nx nastran - mmsonline.com.cn · nx nastran and femap nx nastran and femap...
TRANSCRIPT
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap with NX Nastran
高效能最佳性价比的多学科仿真分析
陈永旭高级顾问18611734450
SIEMENS PLM SOFTWARE
Page 2
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran and Femap
NX Nastran and Femap 已被广泛的使用于各个行业拥有大量的用户 NX Nastran gt 220000 licenses
Femap gt 60000 licenses
两个产品有紧密的无缝连接
具有最高的性价比低廉的购买和维护费用易学易用强大的功能解决实际的工程问题
持续的研发迎合未来CAE用户的需求
Page 3
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
NASTRAN 历史
NASA STRuctural ANalysis
用于土星号火箭的研发
第一个商业版本在1972年发布
首要的CAE工程工具
广泛的分析能力
经过验证的结果质量
被所有的汽车和航空制造商以及供应商使用
获得了FAA认证
Page 4
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
1965 MSC 参与 NASTRAN 的开发
1971 MSC 发布 MSCNastran
1985 CSAR 成立
1999 MSC 收购 UAI 和 CSAR
2001 美国联邦贸易委员会 （FTC）判定这些收购违反反垄断法
2003 根据FTC的决议西门子买下MSCNastran （源代码测试库技术
文件用户手册用户名单等）以及销售软件的权利
NX Nastran 和 MSCNastran 分别由西门子和MSC继续开发
1972 UAI 成立
CSANASTRAN
UAINASTRAN
COSMIC NASTRAN
Public Domain
MSCNastran
NX Nastran
Page 5
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran是CAE行业事实上的标准
航空航天
船舶
汽车
机车
建筑
通用机械
其他
Nastran
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 2
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran and Femap
NX Nastran and Femap 已被广泛的使用于各个行业拥有大量的用户 NX Nastran gt 220000 licenses
Femap gt 60000 licenses
两个产品有紧密的无缝连接
具有最高的性价比低廉的购买和维护费用易学易用强大的功能解决实际的工程问题
持续的研发迎合未来CAE用户的需求
Page 3
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
NASTRAN 历史
NASA STRuctural ANalysis
用于土星号火箭的研发
第一个商业版本在1972年发布
首要的CAE工程工具
广泛的分析能力
经过验证的结果质量
被所有的汽车和航空制造商以及供应商使用
获得了FAA认证
Page 4
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
1965 MSC 参与 NASTRAN 的开发
1971 MSC 发布 MSCNastran
1985 CSAR 成立
1999 MSC 收购 UAI 和 CSAR
2001 美国联邦贸易委员会 （FTC）判定这些收购违反反垄断法
2003 根据FTC的决议西门子买下MSCNastran （源代码测试库技术
文件用户手册用户名单等）以及销售软件的权利
NX Nastran 和 MSCNastran 分别由西门子和MSC继续开发
1972 UAI 成立
CSANASTRAN
UAINASTRAN
COSMIC NASTRAN
Public Domain
MSCNastran
NX Nastran
Page 5
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran是CAE行业事实上的标准
航空航天
船舶
汽车
机车
建筑
通用机械
其他
Nastran
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 3
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
NASTRAN 历史
NASA STRuctural ANalysis
用于土星号火箭的研发
第一个商业版本在1972年发布
首要的CAE工程工具
广泛的分析能力
经过验证的结果质量
被所有的汽车和航空制造商以及供应商使用
获得了FAA认证
Page 4
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
1965 MSC 参与 NASTRAN 的开发
1971 MSC 发布 MSCNastran
1985 CSAR 成立
1999 MSC 收购 UAI 和 CSAR
2001 美国联邦贸易委员会 （FTC）判定这些收购违反反垄断法
2003 根据FTC的决议西门子买下MSCNastran （源代码测试库技术
文件用户手册用户名单等）以及销售软件的权利
NX Nastran 和 MSCNastran 分别由西门子和MSC继续开发
1972 UAI 成立
CSANASTRAN
UAINASTRAN
COSMIC NASTRAN
Public Domain
MSCNastran
NX Nastran
Page 5
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran是CAE行业事实上的标准
航空航天
船舶
汽车
机车
建筑
通用机械
其他
Nastran
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 4
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX NASTRAN 的历史
1965 MSC 参与 NASTRAN 的开发
1971 MSC 发布 MSCNastran
1985 CSAR 成立
1999 MSC 收购 UAI 和 CSAR
2001 美国联邦贸易委员会 （FTC）判定这些收购违反反垄断法
2003 根据FTC的决议西门子买下MSCNastran （源代码测试库技术
文件用户手册用户名单等）以及销售软件的权利
NX Nastran 和 MSCNastran 分别由西门子和MSC继续开发
1972 UAI 成立
CSANASTRAN
UAINASTRAN
COSMIC NASTRAN
Public Domain
MSCNastran
NX Nastran
Page 5
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran是CAE行业事实上的标准
航空航天
船舶
汽车
机车
建筑
通用机械
其他
Nastran
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 5
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran是CAE行业事实上的标准
航空航天
船舶
汽车
机车
建筑
通用机械
其他
Nastran
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 6
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 产品线及开发时间表
NX Nastran ndash 企业极独立运行求解器
NX Nastran Desktop ndash 集成于前后置处理系统
NX Nastran Desktop (for NX and I-deas)
NX Nastran Desktop for Femap
NX Nastran 1 ndash 2003 (相同于 MSC Nastran v2001)
helliphellip
NX Nastran 5 ndash Q1 2007
NX Nastran 51 ndash Q3 2007
NX Nastran 6 ndash Q2 2008
NX Nastran 61 ndash Q1 2009
2006 2007 2008 2009
NXN 5 NXN 6
2010
NXN 61NXN 51NXN 41
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 7
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap ndash 背景
愿景 使真正的FEA更容易
1985 ndash ESP 成立
1999 ndash 被SDRC收购
2001 ndash 被UG收购同时并入EDS
2004 ndash UGS独立
2007 ndash 被Siemens收购
初始用于MSCPAL 和 MSCNASTRAN的前处理
现在独立于求解器 ndash 支持超过30种业界知名的求解器
在工程界获得了非凡的认可度
多学科处理
被一系列知名公司代理
MAYA TMG NEiNastran Modeler American Bureau of Shipping SafeHULL（美国船级社）
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 8
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 历史
1990-1992 从Dos迁移至Windows
1992年开始快速增长
在航空客户有显著增长
电离层探测卫星登月舱实验室（波音 ）
在全球有好几万个License
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 9
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 方向
100 的FEA友好工具继续为精确的模拟现实世界的零件和装配提供深入的详细的功能继续提供以客户需求驱动的特性和功能
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 10
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap
高性能的有限元分析建模环境
工程师编写的解决实际工程问题的最佳工具
超过60000个License应用于世界各国各个
领域
可以快速而轻松地处理各种问题用户可以在
同一环境下处理结构热流体电磁等多学
科的问题
当工程师需要得到真实的精确的结果他们使用Femap它具有强大而且稳定的分
析建模功能它可以解决各种复杂的工程问题却又容易上手操作ldquoFemap是我非常
信任的软件可以用来处理异常复杂的模型精度非常高rdquo
George Laird founder Predictive Engineering
验证
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 11
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
集成于Femap环境的求解器
结构分析Femap with NX Nastran
基本功能 动态响应 非线性 高级非线性 优化分析
超单元 空气弹性动力学 转子非线性 DMAP
热分析bullFemap Thermal Advanced Thermal
流体分析Femap Flow
拓扑优化TOSCA
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 12
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
使用三维CAD数据
如果已经在三维 CAD系统中完成设计
使用CAD数据作为仿真模型的基础
在多CAD环境下使用一个CAE建模系统
Femap可以读取各种主流CAD数据
Solid Edge 集成
Parasolid
ACIS STEP
IGES VDA
DXF
Solid Edge
SolidWorks
CATIAProEngineer
Autodesk
NX
I-deasCAD 中立
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 13
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
几何模型清理
Femap包含强大的几何模型处理工具可以抑制特征并进行模型清理
可以节约模型处理时间
创建更精确的有限元网格
手工或自动控制
Sliver surface removal prior to meshing
Feature
suppression
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 14
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
几何模型的检查以及自动清理
Short edges
Small surfaces slivers spikes
Combined composite curves
Geometry Splitters
Offset Curves
Washer
Pad with
mapped
meshing
Combined boundary surfaces
Femap 的交互工具 Meshing Toolbox
快速定位破损模型位置修复几何模型抑制或者移除细小特征准备好分网前的几何体
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 15
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
精确的网格处理
精确的网格是表述设计的物理行为的关键
在直观的工作流中建立强大的网格划分功能可
以有效加速整个分析流程同时保证网格的质
量
用于实体和曲面网格划分的全面的自动化工具
交互式网格控制允许自动或全面控制
网格质量的实时反馈
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 16
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的可视化功能
复杂模型的检查和可视化
高亮透明显示
1D和2D单元的可视化
可以非常简单地验证梁的方向和偏移
梁和板壳模型 高亮透明
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 17
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
强大的网格划分功能
中性面抽取
单元库
全面的1D 2D 和3D 单元
可以在同一模型中混合使用各种单元
可以表达质量阻尼和弹簧
刚性连接载荷分配
复杂的载荷和边界条件
模拟所有类型的载荷和约束定义
数据曲面可以用于多学科分析之间的数据传递
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 18
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
装配建模
装配建模
组件之间的作用
精确的载荷传递
Femap提供了强大的工具允许模拟装配之
间的作用
可以模拟各种物理交互作用类型
焊接紧固
螺栓预载荷
精确的接触
线性接触
非线性
粘接
点焊
粘接
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 19
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
复合材料层建模
层编辑器 ndash 复制旋转编辑属性
实体信息面板可以实时更新层的属性
复合层建模支持组ndash 帮助显示组织和操作
层浏览器
专业级的复合材料铺层工具（Simulayt）
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 20
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
自由体载荷显示梁的计算结果的直方图显示
数据表的操作和显示方便报告的创建
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 21
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
板壳的双面结果显示
分析后全面的结果显示查看
分析前全面的结果控制选项
XY曲线绘图支持多条曲线
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 22
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
梁单元后处理截面云图应力分布剪力流控制结果中的力流来计算计算其他应力类型例如
von Mises
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 23
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
后处理功能
结果数据的实时查看使得用户方便的了解关心的数据
Word报告的自动生成简单的复制粘贴图片到Office文档极大的方便了计算报告的生成
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 24
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
客户化功能
Femap用户界面下集成的VBA编程环境
全面的API客户化工具支持OLECOM用户可以使用宏（记录编辑回放）或Visual
BasicC++C
全面的API程序和工具
自动化的宏可以记录键盘并使用函数来自动重复任务
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 25
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
开放的仿真环境
对于高级的应用通常需要各种专业的求解器
Femap可以连接所有主流的商业求解器而且可以检查结果而用户只需要在一个分析环境下工作
集成了高级的NX Nastran求解器
NX Nastran
TMG
MSCNastran
LS-DYNA
ANSYSABAQUS
Sinda
Solver Independent
NEi Nastran
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 26
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
扩展性的分析功能
一个问题通常要考虑几种分析类型 动态响应 非线性 热 温度
NX Nastran提供全盘扩展性的分析功能
从线性分析至其它学科领域 模块式的分析功能延伸 动态响应 非线性（隐式和显式） 转子动力 热 流体
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 27
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
动态分析
通常情况下一个产品是在动态的环境中操作因此设计需要考虑动态
效应以求得真实的情况
NX Nastran支持动态响应的前后处理建模能够定义NX Nastran（以动
态分析而著称的求解器）动态分析所有的数据
动态响应的类型
常模态（正则模态自然振动频率）
频率响应
瞬态响应
随机响应
转子动力学
高级后处理 -- Structural Analysis Toolkit
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 28
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
设计优化
在设计中对材料的考虑是非常重要的
重量
成本
NX Nastran 包含了设计优化的能力可以自动根据给定的载荷和约束来
确定最佳的设计方案
设计优化
在确保安全的情况下增加设计的功效
进行多种设计方案研究
进行设计变量的灵敏度分析
进行实验-分析相关性研究
Femap集成了业界功能最强大的优化软件TOSCA的核心功能
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 29
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
非线性分析
非线性分析 大位移 非线性材料（橡胶塑料等） 装配模型
NX Nastran 包含两种非线性求解方案
隐式求解器 大变形 非线性材料 时域载荷 接触变形
显式求解器 高速碰撞 显式非线性时间积分
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 30
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
热分析
热分析 产品使用环境的温度变化 设计时必须考虑各个组件之间的热传递
Femap Thermal Solver 可以分析热和热传递的各种问题 瞬态和稳态 传导 对流 辐射 相变 热耦合 热边界条件
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 31
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
流体分析
流体建模 考虑空气流动对载荷特性的影响（如温度和压力）
Femap Flow Solver 提供了高级的计算流体分析能力可以确定流体的流动对产品的影响 风扇和通风孔 流动曲面 屏障和体障 高速流动
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 32
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
NASA的地球激光高度计量系统（GLAS）
是一个特殊设计的卫星系统它利用激光
高度仪测量地球两极冰层的厚度 ndash 藉以监
控全球气候暖化的情况因为系统内利用
激光传输光源要求在不同的元件间的误
差极小也就是说要求精度极高为了达
到这一要求NASA利用了样机试验计
算机仿真有限元分析和来自Siemens
PLM Software公司的Femap有限元分析建
模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化
以及电子系统的散热
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 33
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
项目背景
在2001年12月NASA宣布了GLAS 计划GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器它
包括几千个各种零部件重达600磅和其它所有的卫星一样这颗卫星必须承载发射时
产生的额外的应力引起的变化（大约有8G的发射加速度30G的随机振动所造成的动态响
应）然而对于GLAS来说工作时的温度应力更值得关注卫星在它绕地球的每一圈965
分钟的运行中经常经历瞬间加热和冷却许多结构件会膨胀和收缩NASA认为只有综
合各方面的测试才能得到卫星在太空飞行的真实情况
经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析也对整机进行了分析目标
减少了物理样机实验次数
减少了设计更改带来的后期实验的费用
减少了各个部件的重量这对于卫星产品至关重要
仿真分析流程
进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析以求证结构的合理性
进行了元件的热分析以其得到 1）常态的温度循环下结构响应
2）预测是否在长时间操作下仪器内元件的位置变化是否维持在
极小的误差内
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 34
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件子系统已
以及整个装配）这一模型通过IGES格式直接交付GLAS的分析小组
GLAS 分析人员导入CAD文件到Femap系统NASA Goddard实验室的一些人
员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前后处理工作Femap由于其
低廉的费用非常易学易用而且功能强大而被其采用并且GLAS以前的分
析合作人员Orbital科技公司也是使用 Femap
利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型导入的CAD几
何数据放在一层而分析中用到的点和线的数据放到其它的层这样在对有限元
模型的调整和建模过程中可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示
以方便设计者的操作
分析人员很容易的使用Femap网格划分功能建立二维板壳和梁单元分析模型
（用于动态响应分析）以及三维实体单元分析模型（进行热分析）
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 35
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
主要工作
分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝板
材料进行建模分析结构的受力情况分
析小组利用Femap所提供的特殊的材料
功能允许材料在不同方向特性的极大变
化完成了这一蜂窝板材料定义
Femap 分析模型还可输出到NASTRAN
这一项目的主要求解器进行求解
Femap还可写成不同的NASTRAN输入
文件以供分析人员使用
一旦分析完成结果又可返回到Femap
中进行可视化处理
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 36
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
分析和实验相关性
通过开发GLAS工程设计人员已经进行了
大量的零部件和子系统的物理样机实验
分析人员已经将这些实验信息合并到分析
模型中我们叫它分析和实验模型相关性
当整个卫星安装完成并测试完成后他
们可以用测试数据再进一步的改良分析模
型
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 37
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时他们可以利用
Femap提供的深入模型探诊功能来寻求原因例如通过选取某一单元详
细的检查其特征约束情况边界连接单元等等分析人员可以发现一些 不
正确的边界条件那些本是自由边界的区域却被定义成了一个约束条件这
些原因引起的错误的结果在很多动态分析中经常遇到
分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通他们利
用不同的颜色将有限元的分析结果振型动画和三维爆炸视图清晰地表达
GLAS项目的不同求解结果使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的
过程
结合强大的后置处理工具设计小组方便产生各种分析模型减少了返工时
间按GLAS的机械分析工程师Ryan Simmas的见解ldquo除了易学易用外
强大的材料库特性定义对不同单元高亮度注解并立刻显见它们的特性等
功能帮助我们缩短了设计时间分析人员以前需几个星期完成的工作现
在只需几天就可完成rdquo
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 38
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
整个卫星的设计需要做彻底的实验然而精
确的有限元分析省去了对有些部件的物理样
机的测试物理样机测试一个新的部件需要
安全系数达到预计飞行载荷要求的125倍
然而通过分析同一个部件只需进行一般
飞行载荷实验因为有限元分析结果表明
设计可以承受2倍的安全系数 Femap扮演
了分析的一个重要角色
Femap是由资深工程师开发解决实际的工
程问题 （Designed by Engineers for
Engineers）
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 39
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
欧洲直升机德国公司（Eurocopter Germany）
欧洲直升机集团是欧洲宇航防务集团（EADS）的子公司欧洲直升机德国公司所开发的直升机NH-90 或 Tiger是市场上公认的最佳产品这类军事产品为了满足
特殊操作条件的要求常常需要花费数年的时间经历昂贵的仿真过程来尝试使用新的材料和科技
为了达到缩短研发周期以及提高产品质量结构强度部门的仿真分析人员必须使用功能强大的有限元分析工具来解决问题凭借仿真软件的使用能够减少昂贵的样机和物理测试的次数
同时仿真软件还要能够支持大量仿真数据的管理以及提供各类的报告文件给不同的测试机构的要求
极端的设计要求
在非常恶劣的气候中运载 任务小组人员到危险的冲突区域
紧急着地数秒后即需快速起飞
起落架和机身必须能承受极度ldquo着陆冲击rdquo撞击的速度达到每秒6至10米
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 40
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
因为使用创新的碳纤维材料工程师无法凭着经验而需靠有限元分析来辅助设计
分析软件Femap 和 NX NastranCAD软件Catia
Femap 直接导入Catia 几何和Catia FiberSim 复合材料板层数据
ldquoFemap和Catia的直接接口以及几何清理和强大的网格划分的功能使我们能快速的传递数据并且建立良好的有限元模型rdquo- Jyrki Majamaeki欧洲直升机工程师
70的分析是有关飞行和降落的静态和动态分析将飞行过程分成几个时间点在每个时间点做静态分析动态分析用于降落的仿真以及着陆撞击撞击的速度高达每秒10米还有冲击所造成的振动现象
载荷工况可通过Femap的前处理器很容易建立和施加并且可在后处理器中进行可视化和追踪
Femap和NX Nastran提供了精准的接触面分析计算联结方式可以是螺栓联结铆接或焊接
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 41
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
基于有限元分析的产品研发流程
集成的机身夹层板的褶皱分析将业界标准的方法利用Femap的二次开发API功能集成于Femap中省略了数据的转换步骤并且在同一界面中完成分析工作
大型复杂的计算工作可以传递到服务器中的NX
Nastran求解小型简单的计算可以直接在个人的工作站上的NX Nastran求解
基于Windows的仿真环境和自动生成报告帮助解决航空认证所需的大量的报告文件
天然的Windows环境提供易学易使用的用户友好界面
工程师使用Femap API 编写Visual Basic应用程序可以快速又容易的显示不同类型的载荷工况加速后处理的流程载荷及结果数据可以容易地迁移至Microsoft Excel 这些二次开发功能加上重复过程的自动化大量的减少分析所花的时间
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 42
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
使用Femap with NX Nastran欧洲直升机的工程师可以在设计流程的早期进行分析的工作获得高产品质量减少昂贵的样机和物理测试的数量
在航空领域产品的研发经常尝试创新的材料和科技Femap with NX Nastran的强大功能有效地辅助工程师的设计决策
ldquo直升机的生命周期长达数十年所使用的仿真分析工具必须可靠地支持持续的研发工作必须可靠地支持更新的计算和重复使用现有的模型Femap
with NX Nastran的在过去数年的向下兼容性已经证实了它完全满足这个要求rdquo
已确定的计算结果提供了直升机未来长年使用所能承受的载荷基础通过追踪回顾分析的历史比较新的载荷工况和旧的载荷工况能迅速地判断新的载荷工况是否在已有分析的允许范围内还是需要精确的分析
Femap及其强大的API自动化重复的过程缩短分析时间避免过程重建发生错误改进了整体的创新流程
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 43
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
ATA Engineering Inc （工程服务公司）
在过去的三十多年中ATA Engineering 提供了仿真分析和测试驱动的设计解决方案来帮助客户设计结构机械机电和航空航天等领域的产品公司业务大都在航空航天的领域服务的客户包含了Orbital Sciences Lockheed Martin Space Systems
Pratt ampWhitney NASA Jet Propulsion Laboratory Air Force Research
Laboratory and General Atomics
ATA在航空航天的项目大都涉及了复合材料结构的分析因为复合材料提供了低重量和高强度的特性然而相对于金属结构由于它的破坏模式的复杂性复合材料结构的分析具有更大的挑战性复合材料结构的分析极耗费时间对客户来说成本也更昂贵
ATA必须经常分析复合材料层间的剪应力这是分析复合材料结构强度的关键部分可是这也是一项劳动密集型的工作分析人员必须选取一个層接合处手工改变输出向量来找出核心层归档该核心层的剪应力数据再重复这项工作直到完成数百个接合处这是一项十分耗费时间的工作
当ATA分析工程师了解到完成这项工作需要五天的时间时他便想出一个方法来自动化这个过程
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 44
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用二次开发来自动化分析流程
ldquoFemap 的应用编程接口（API）非常容易学没经过正式的培训只是参考使用手册和案例我就可以编辑应用程序Femap API 的易懂易学加上它支持 Visual Basic使我相信我可以自动化核心剪应力的流程这是 Femap 的一大特点rdquo
ldquo另外一个 Femap 的特点是它的开放式体系结构这使我可以直接和模型及结果数据互动当我使用Femap API 时可以直接取得求解器生成的原始数据这是编辑核心剪应力的应用程序的关键因为它允许我生成一个新的输出向量并且用云图将数据显示出来另一个好处是之前的手工方法只能得到数字现在我还可以以图形可视化来显示应力的等级
新得到的输出向量还可以和 Femap 的数据表（Data Table）功能一起使用快速得到概要信息
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 45
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
ATA 工程师花了 6 ndash 8 个小时的时间完成这一核心剪应力应用程序的编辑估计对 Femap API 有经验的软件编辑人员所花的时间可能少于四小时
自从开发了这个应用程序后分析复合材料层间的剪应力的工作的效率大大提升从前劳力密集的工作现在只要ldquo一按钮rdquo几秒钟即可完成工作
ldquo根据我们的经验一个新手可以很容易的使用 Femap API 来编辑应用程序降低复合材料结构的分析成本rdquo
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 46
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 在大型集装箱船油轮和散货船上的应用
何谓船级
1) 由船级来划分航行能力
2) 保险公司可依据船级来决定保险费率
3) 可作为船舶租赁抵押和买卖的价格凭证
4) 政府可依据船级为确保海上安全施加不同的管制
Femap 与船级协会
美国船级协会 (ABS)法国船级协会 (BV)
使用Femap 作为结构分析之前后处理工具
船用结构分析工具
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 47
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
Femap 客户化工具
1 Femap API (OLECOM-based)
Femap 外部程序API
2 程序语言 Visual Basic
VBA (Excel Word AutoCAD hellip)
C C++
易懂易学的程序语言
3 中性文档 (Neutral File)
可读性高的输出输入文件格式 (ASCII Code)
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 48
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析
装卸货 气候条件 船体运动
载荷工况
船体结构分析流程
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 49
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
船体结构分析 ndash 船用软件
船体有限元分析
局部有限元分析
疲劳分析
全船分析
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 50
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 船级法规
利用Femap 自动加载
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 51
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 自动加载 ndash 载荷结果
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 52
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 法规屈服准则
简化法规屈服准则
Yielding Ratio le 1
OK
Yielding Ratio le 1
OK
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 53
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
利用Femap 评估结果 ndash 局部模型
局部结构开孔分析
屈服检查
屈曲检查
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 54
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
全船结构分析
全船结构分析界面
水动力计算 -gt 载荷
评估全船性能
全船有限元模型
某一海况之外部水压
遭遇斜浪产生扭转
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 55
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
结论
Femap 客户化开发功能已充分满足造船设计上的需求
利用Femap 简化繁重的分析流程以缩短工作时间
使用Femap 自动加载可考量更多的载荷状况
利用Femap 评估结果可加速试错并达到全面评估的目标
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 56
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在汽车行业的客户
Bendix Braking Systems
Caterpillar Tractor
Daimler Chrysler (Mercedes)
Freightliner
Isuzu Motors
Material Science Corp
Matra Automotive
Nissan - Japan
Nissan RampD- USA
Tata Daewoo
Toyota
Yokohama Rubber
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 57
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran 在航空航天行业的客户
Airbus
Alcatel Space Valence
Alliant Techsystems (Thiokol)
Boeing
EADS
Honeywell Aerospace
Liebherr Space
Lockheed-Martin ndash Space Systems
Lockheed-Martin ndash Orlando amp
Baltimore
Lockheed-Martin ndash EPI
Lockheed-Martin ndash Aeronautics
NASA Marshall
Northrop Grumman Space Systems
Orbital Sciences Corporation
Oxford Automotive
Pratt amp Whitney Rocketdyne
Raytheon - Space Systems
Space Exploration Technologies
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 58
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX Nastran在电器通用机械行业的客户
Canon
Cilas
Crompton Greaves
DevoTek
Dongbo Co
GE Energy
General Aluminum
Harris Corp
Ivis Inc
Kress Corp
Metso Paper
Mitsumi Electric
Ontario Power
Rolls Royce Marine
Shanghai Electronics
SSG Optronics
Vorwerk Elektrowerke
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 59
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
NX nastranCustomershellip
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 60
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 61
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 62
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
Page 63
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
More NX Nastran Customershellip
hellip hellip
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢
copy 2009 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc All rights reserved
Siemens PLM Software
谢谢