實驗十計算機輔助工程分析

一、實驗?zāi)康?/p>

(1)了解用Pro/E進行計算機輔助工程分析的基本步驟；

(2)掌握Pro/E中邊界條件和載荷的施加方法；

(3)能夠使用Pro/E觀察和分析計算結(jié)果。二、基本知識

在Pro/MECHANICA中，將每一項能夠完成的工作稱為設(shè)計研究。所謂設(shè)計研究是指針對特定模型用戶定義的一個或一系列需要解決的問題。在Pro/MECHANICA中，每一個分析任務(wù)都可以看做一項設(shè)計研究。Pro/MECHANICA的設(shè)計研究可以分為以下3種類型。

(1)標準分析(Standard)：最基本、最簡單的設(shè)計研究類型，至少包含一個分析任務(wù)。在此種設(shè)計研究中，用戶需要指定幾何模型、劃分有限元網(wǎng)格、定義材料、定義載荷和約束、定義分析類型和計算收斂方法、計算并顯示結(jié)果。

(2)靈敏度分析(Sensitivity)：可以根據(jù)不同的目標設(shè)計參數(shù)或者物性參數(shù)的改變計算出一些列的結(jié)果。除了進行標準分析的各種定義外，用戶需要定義設(shè)計參數(shù)、指定參數(shù)的變化范圍。用戶可以用靈敏度分析來研究哪些設(shè)計參數(shù)對模型的應(yīng)力或質(zhì)量影響較大。

(3)優(yōu)化設(shè)計分析(Optimization)：在基本標準分析的基礎(chǔ)上，用戶指定研究目標、約束條件(包括幾何約束和物性約束)、設(shè)計參數(shù)，然后在參數(shù)的給定范圍內(nèi)求解出滿足研究目標和約束條件的最佳方案。在Pro/MECHANICA中進行設(shè)計模型的應(yīng)力應(yīng)變檢驗工作需要依次進行以下步驟：

(1)創(chuàng)建幾何模型。

(2)簡化模型。

(3)設(shè)定單位和材料屬性。

(4)定義約束。

(5)定義載荷。

(6)定義分析任務(wù)。

(7)運行分析。

(8)顯示、評價計算結(jié)果。三、操作實例

變速器側(cè)蓋模型如圖10-1所示。鋼制變速箱側(cè)蓋使用12個螺栓固定，箭頭所指柱面經(jīng)軸承承受向下10000N的力，試對其受力進行分析。圖10-1變速器側(cè)蓋模型

1.打開文件并簡化模型

(1)設(shè)置工作目錄至實驗10下的操作實例文件夾；

(2)在菜單欄中單擊【文件】｜【打開】，在彈出的【文件打開】對話框中選中“a.prt”，單擊【打開】。

(3)選中左側(cè)【模型樹】中的CUT基準平面，在菜單欄中單擊【編輯】｜【實體化】，在彈出的【實體化特征用戶界面】中點擊確認，結(jié)果如圖10-2所示。圖10-2模型簡化

2.使用AutoGEM自動劃分網(wǎng)格

(1)在菜單欄中單擊【應(yīng)用程序】｜【Mechanica】，在彈出的【Mechanica模型設(shè)置】對話框中單擊【確定】進入Mechanica環(huán)境。

(2)在菜單欄中單擊【屬性】｜【材料】，在彈出的【材料】對話框中的【庫中的材料】一欄選取steel.mtl，單擊

圖標，在右側(cè)的【模型中的材料】出現(xiàn)“STEEL”，點擊【確定】結(jié)束選擇。在菜單欄中單擊【屬性】｜【材料分配】，在彈出的【材料指定】對話框中選取參照為零件A，單擊【確定】結(jié)束指定。

(3)在菜單欄中單擊【AutoGEM】｜【創(chuàng)建】，在彈出的【AutoGEM】對話框中選取AutoGEM參照為“體積塊”，點擊彈出Mechanica選取，默認為框選取，框選整個模型，點擊【確定】，在【AutoGEM】對話框中點擊【創(chuàng)建】，彈出【AutoGEM摘要】對話框，如圖10-3所示。

在【AutoGEM】摘要對話框中點擊【關(guān)閉】，將彈出【AutoGEM】對話框，如圖10-4所示。圖10-3

AutoGEM摘要對話框圖10-4

【AutoGEM】對話框在AutoGEM對話框中點擊菜單欄中的【文件】｜【保存網(wǎng)格】，完成后點擊【關(guān)閉】，關(guān)閉AutoGEM對話框。

通過網(wǎng)格劃分得到了7287個單元，將使分析耗費大量的時間。從網(wǎng)格劃分后的效果圖可以得知，在圓角及斜角處的網(wǎng)格密度很高，因此可以將離受力區(qū)域較遠或?qū)Ψ治鲇绊懖淮蟮膱A角及斜角特征隱含。

3.簡化模型

(1)點擊菜單欄中的【應(yīng)用程序】｜【標準】，返回特征建模界面；

(2)點擊左側(cè)模型樹上方【設(shè)置】下拉箭頭｜【樹列】，在彈出的【模型數(shù)列】對話框左側(cè)【不顯示】類型列表中選中【特征#】，點擊【添加列】，在右側(cè)【顯示】類型列表中點擊【確定】結(jié)束選擇。

(3)在左側(cè)模型樹中Ctrl多選特征9、10、11、14、15、29、55、68、81，單擊鼠標右鍵，選擇【隱含】，點擊【確定】，則選中的特征被隱含，如圖10-5所示。圖10-5簡化前后的模型對比

(4)點擊菜單欄中的【應(yīng)用程序】｜【Mechanica】，返回Mechanica環(huán)境；

(5)點擊菜單欄中的【AutoGEM】｜【創(chuàng)建】，彈出【問題】對話框，會提示“此元件存在一個網(wǎng)格。是否要檢索它？”單擊【否】，彈出【AutoGEM】對話框，如圖10-6所示。

在彈出的【AutoGEM】對話框中選取AutoGEM參照為“Volume”，點擊彈出Mech選取，默認為框選取整個模型，點擊【確定】，在【AutoGEM】對話框中點擊【創(chuàng)建】，彈出【AutoGEM摘要】對話框，如圖10-7所示。圖10-6【AutoGEM】對話框圖10-7

【AutoGEM摘要】對話框在AutoGEM摘要對話框中點擊【關(guān)閉】，彈出【AutoGEM】對話框。

在AutoGEM對話框中點擊菜單欄中【文件】｜【保存網(wǎng)格】，完成后點擊【關(guān)閉】，關(guān)閉【AutoGEM】對話框。簡化后的模型網(wǎng)格如圖10-8所示。圖10-8簡化后的模型網(wǎng)格圖10-9約束施加平面1圖10-10約束施加1圖10-11約束1施加后模型圖示圖10-12約束施加2圖10-13約束2施加后模型圖示

(3)點擊菜單欄中【插入】｜【位移約束】，彈出【約束】對話框，在【參照/曲面】選取如圖10-14所示平面。設(shè)置【平移】欄Y、Z為(自由)，【旋轉(zhuǎn)】欄X為(自由)，如圖10-15所示。點擊【確定】，如圖10-16所示。圖10-14約束施加平面3圖10-15約束施加3圖10-16約束3施加后模型圖示

(4)點擊菜單欄【插入】｜【承載載荷】，彈出【承載載荷】對話框，在【參照/曲面】選取如圖10-17所示平面。在“力/分量/Y”輸入數(shù)值-5000，點擊【確定】結(jié)束設(shè)置，彈出如圖10-18所示對話框。點擊【確定】(確認模型為對稱)，如圖10-19所示。圖10-17軸承載荷作用位置圖10-18確認模型為對稱圖10-19載荷施加后模型圖示

5.運行靜態(tài)分析并獲取分析結(jié)果

(1)點擊菜單欄【分析】｜【Mechanica分析/研究】。

(2)在彈出的【分析與設(shè)計研究】對話框中點擊菜單欄【文件】｜【新建靜態(tài)分析】，在彈出的【靜態(tài)分析定義】對話框中點擊【確定】接受默認設(shè)置。

(3)在【分析與設(shè)計研究】對話框中點擊菜單欄【運行】｜【設(shè)置】，彈出【運行設(shè)置】對話框，如圖10-20所示。點擊【確定】繼續(xù)(確認“元素”選中“使用現(xiàn)有網(wǎng)格文件中的元素”選項)。圖10-20

【運行設(shè)置】對話框圖10-21分析結(jié)果顯示四、實驗內(nèi)容

對如圖10-22所示的扳手進行有限元靜態(tài)分析，提示：扳手材料為STEEL，約束條件和載荷如圖10-23所示。注意，載荷施加位置需要創(chuàng)建曲面區(qū)域。在Mechanica中創(chuàng)建曲面區(qū)域可以分割某一曲面，從而能在曲面的一部分上執(zhí)行操作。然后可像普通曲面或?qū)嶓w面一樣選擇曲面區(qū)域。可在曲面區(qū)域上定義模擬圖元，