ProEMECHANICA超经典入门实例

1、入门实例 通过两个简单实体模型分析实例介绍使用 Pro/MECHANICA 进行分析任务（包括基本应力分析、灵敏 度分析和优化设计等）的基本过程，通过这一章的学习后， 读者应该能够掌握使用 Pro/MECHANICA进行分析的基本方 法。本章主要内容包括： Pro/MECHANICA 分析任务分类 入门实例 2.1 Pro/MECHANICA 分析任务分类 在Pro/MECHANICA中，将每一项能够完成的工作称之为设计研究。所谓设计研究是 指针对特定模型用户定义的一个或一系列需要解决的问题。在Pro/MECHANICA中，每一 个分析任务都可以看作一项设计研究。Pro/MECHANICA 的

2、设计研究种类可以分为以下3 种类型。 标准分析(Standard)：最基本、最简单的设计研究类型，至少包含一个分析任务。 在此种设计研究中，用户需要指定几何模型、划分有限元网格、定义材料、定义 载荷和约束、定义分析类型和计算收敛方法、计算并显示结果。 灵敏度分析(Sensitivity):可以根据不同的目标设计参数或者物性参数的改变计 算出一些列的结果。除了进行标准分析的各种定义外，用户需要定义设计参数、 指定参数的变化范围。用户可以用灵敏度分析来研究哪些设计参数对模型的应力 或质量影响较大。 优化设计分析(Optimization):在基本标准分析的基础上，用户指定研究目标、 约束条件(包括

3、几何约束和物性约束)、设计参数，然后在参数的给定范围内求解 出满足研究目标和约束条件的最佳方案。 因此，概括的说，Pro/MECHANICA Structure 能够完成的任务可以分为两大类： 第一类可以称之为设计验证，或者称为设计校核，例如进行设计模型的应力应变 检验，这也是其他有限元分析软件所只能完成的工作。在Pro/MECHANICA 中， 完成这种工作需要依次进行以下步骤： (1) 创建几何模型。 (2) 简化模型。 (3) 设定单位和材料属性。 (4) 定义约束。 (5) 定义载荷。 (6) 定义分析任务。 (7) 运行分析。 (8) 显示、评价计算结果。 第二类可以称之为模型的设计

4、优化，这是Pro/MECHANICA区别与其他有限元软 件最显著的特征。在Pro/MECHANICA中进行模型的设计优化需要完成以下工作： (1) 创建几何模型。 (2) 简化模型。 (3) 设定单位和材料属性。 (4) 定义约束。 (5) 定义载荷。 (6) 定义设计参数。 (7) 运行灵敏度分析。 (8) 运行优化分析。 (9) 根据优化结果改变模型。 本章将通过两个简单的实例来介绍上述过程。 2.2入门实例 221有限元模型的建立 步骤一：打开模型零件 (1) 设置工作目录为ch2。 (2) 打开零件模型examplel，如图2.1所示。 图2.1 步骤二：设置模型单位 (1) 打开Pr

5、o/ENGINEER主界面的Edit菜单，然后选择 Setup选项。 (2) 系统弹出Part Setup菜单管理器，如图 2.2所示。 Menu 图2.3 图 2.32 (3) 在Part Setup菜单中单击 Units选项，系统弹出 Un its Man ager对话框，如图 2.3所示。 Ceatime ter Gram Second flCGS) Foot Found Stccnd (FPS) 卓 Inch lbm Second tPro/E Default) Inch FdUftdGFS) Meter Kilogm Second (MRS) 于 Set. New. Capy. mi

6、llimeter Nevi an Se condl (jnmHs) Edit Dtltte Enf . Units Manager Systeiss. of Uni ts Uni Is pBescript!on 咆jnillim.l* Nrnton. Swa胡 GnniNs) Lengtli: mmr Force: N, Time： sec. Temperature： C (4) 我们要将模型的单位设置为毫米牛顿秒的形式，所以在 Systems of Units中选 择 millimeter Newton Second(mmNs)，如图 2.4所示。 (5) 单击Units Manager对话

7、框右侧的 Set按钮进行单位设定。 (6) 系统弹出警告对话框要求选择模型单位转化方式，选择Con vert Exist ing Numbers ( Same Size)不改变模型大小方式，如图2.4所示。 图2.4 (7) 单击OK按钮完成单位转化。 (8) 单击Close按钮完成单位系统设置。 步骤三：进入 Pro/MECHANICA模式 (1) 打开Pro/ENGINEER 主界面的 Applications菜单，选择 Mechanica，系统弹出 模型单位系统信息对话框，如图2.5所示。 图2.5 (3) (2) 单击Continue按钮继续，系统进入 Pro/MECHANICA 模式

8、，如图2.6所示。 IciM 4 ad| Eh* Hid ：Pi?m dhLRr FDI Nc-L4 图2.6 步骤四: (1) (2) 为进入 Pro/MECHANICA Structure 模块，选择 Structure选项，系统进入结构分析主界面。 设置模型材料 选择 MEC STRUCT 菜单宀 Model 宀 Materials , 在 Materials 对话框左侧的 Materials in Library: 按钮，将 SS添加至右侧的 Materials in Model: MECHANICA菜单管理器中的 系统弹出材料定义对话框。 列表框中选择SS,然后单击酥 列表框中，如图

9、2.7所示。 K KYLOH a FVC SS STEEL Hal Tlpur-* tart TUNGSHH V 1.哼Tit!/ i事 Libytry： fijlMatEi-ialt dome J 图2.7 在图2.7对话框中单击 Edit按钮，系统弹出材料属性修改对话框，如图2.8 所示。从该对话框中可以看出SS这种材料的基本属性，单击OK按钮关闭该 (3) 对话框。 图2.8 (4) 在图2.7对话框中单击 Assign|Part按钮，系统提示选择一个 Part模型。 (5) 选择examplel模型，然后单击 0K按钮关闭选择对话框。 (6) 系统返回Materials对话框，单击 M

10、aterials对话框中的 Close按钮。 (7) 完成模型材料的定义。 步骤五：定义约束 我们要将example1的左端面固定，所以需要在左端面定义面约束。 (1) 在MEC STRUCT菜单中选择 Constraints宀New宀Surface (也可以直接单击右 侧工具栏上的 找命令图标)，系统弹出Constraints定义对话框，如图2.9所示。 同匚 nntraint JSJ Harne Trwsl 倉 tio 聃 WCS III Rt at ion Qt tdi wi) 1j| T二*工 1E 扇 I OK Ctticd. 图2.9 (2) 保留默认的约束名称Constraint

11、sl和默认的约束组名称ConstraintSetl。 (3) 单击 Reference|Surface(s)下侧的 口按钮，系统提示 Select Surfaces:(选择面)。 (4) 选择图2.10所示的左端面，单击OK关闭选择对话框。 选择此面 图 2.10 (5) 系统回到 Constraints对话框。 (6) 保留默认坐标系设置。 (7) 图2.9对话框的底部为3个移动自由度和 3个转动自由度的约束形式定义区 域，由于要将左端面固定，所以需要将6个自由度完全固定，因此保留如图 2.9所示默认的约束形式。 (8) 单击0K按钮完成约束的定义。 (9) 约束定义完成后的模型如图2.11

12、所示。 图 2.11 步骤六：定义载荷 要求在本模型的右侧圆孔表面施加4448.22N的向下的均布力。 (1) 在MEC STRUCT菜单中选择 Loads New宀Surface (也可以直接单击右侧工 具栏的u命令图标)，系统弹出Force/Moment定义对话框，如图 2.12所示。 (2) 保留默认的载荷名称 Load1和默认的载荷组名称 LoadSet1。 (3) 单击 Reference|Surface(s)下侧的 口按钮，系统提示 Select Surfaces:(选择面)。 (4) 选择图2.13所示圆孔的圆柱面，单击OK按钮关闭选择对话框。 (5) 保留默认坐标系设置。 (6

13、) 在Distribution下方的列表框中分别选择Total Load和Uniform，即载荷为以 合力形式给出的均布载荷。 (7) 在Force下方的列表框中选择 Components,即给出各个分立的大小。 (8) 由于圆柱面的载荷垂直向下，所以在Z右侧的文本框中填入数字一4448.22, 如图2.14所示。 囘 I 口rrr/M口Erit L| * Heir. F；6f ej：tncE $-or fqjceCi) *曲弘瓦皿 C04fd.LTlA.tA EyLtAh k |此曲 口2匕i bah呦 La曲比 | Um far. Fore* N :nTit 匚OTlp DJliaTll%

14、| 7 K|d t|Q E _ 0111 Iirtvii nr 11 Ctftctl. 选择此面 图 2.12 图 2.13 (9) 单击Preview按钮可以预览载荷的位置及状态。 (10) 单击OK按钮关闭Loads对话框。 (11) 完成载荷定义。 载荷定义完毕后的模型效果如图2.15所示。 图 2.14 图 2.15 2.2.2进行基本应力分析 上面我们已经建立起了有限元计算所需要的几何模型、材料、约束以及载荷边界条件， 这一节里我们将对上面建立的模型进行基本的应力计算。 步骤一：建立分析任务 (1) 在 MEC STRUCT 菜单中选择 Analyses/Studies，系统弹出 A

15、nalyses and Design Studies对话框。 (2) 在 Analyses and Design Studies 对话框中选择 File|New Static ，系统弹出 Static Analysis Defination 对话框。 (3) 在Name中输入分析任务名称 Struct。 (4) 接受默认 Constraints中的项目ConstraintSet1和Loads中的项目LoadSet1,意 即所建立的静态分析包含约束组ConstraintSet1和载荷组LoadSet1。 (5) 在 Method 中选择 Single-Pass Adaptive。 (6) 切换到

16、 Output，在Plot中将Plot Grid设置为6,如图2.16所示。 回 Static Analysic Definiticir struct J#宙*crgpticm： Bl Plotting Grid Calcultl b 回 StrEE4 0 Eotati I# Kacti 耳旦 图 2.16 Dislfibution Chitput Elemui-ts Lead Znt ei (7) 单击OK完成静态分析任务的定义。 (8) 系统回到 Analyses and Design Studies 对话框，此时 Analyses and Studies 中出 现了前面建立的分析任务，名

17、称为struct，类型为 StandartStatic,如图2.17 所示。 图 2.17 至此，基本应力分析任务建立完毕。 步骤二：设置和运行分析 (1)进行分析运行时的各项设置，包括文件的存放路径以及分配的内存数量等， 选择图2.17所示对话框的 Run菜单下的Settings命令(或者直接单击 訂命 令图标)，进行上述的设置，如图2.18所示。 jRun Settings Directory for Output Files E: PreMeehiTLi ech2 Dirtctery fw Tt*portry Filtx E:Pr oM e chani cch2 pELem ent e

18、O Us* Elntnl from Existihc Noh Filt preate ELememts during Bnnj Us* Elements fr$m nt E耳I鲁ti叫 StuJy 耳 IE ： PrflMechiccli2Struct O ASCII Oo切at File Format i *J B i bary QK De%ulis 11 Cuietl 图 2.18 (2) 选择Analyses and Design Studies对话框的 Run|Start (或者单击丨牛图标)，开始 分析计算。 (3) 系统首先问询是否进行错误检查，单击Yes进行错误检查。 (4) 分

19、析任务开始执行，屏幕会闪动几次，最终会在信息栏中出现“ The design study has started” 消息。 (5) 接下来Pro/MECHANIC进行自动网格划分、建立方程、求解方程等一系列工 作，这些工作是在后台进行的，对用户不可见；不过用户可以通过选择 Info|Status(或者单击忙图标)，查看运算过程信息。当信息中显示计算完 毕(Run Completed)后单击 Close按钮关闭对话框。 (6) 单击Analyses and Design Studies对话框中的 Close按钮关闭对话框。 步骤三：计算结果显示 (1) 在MEC STRUCT菜单中选择 Resu

20、lsts,系统弹出结果后处理主界面， 如图2.19 所示。 图 2.19 (2) 从图2.19中选择主菜单Insert|Result Window (或者直接单击上方工具栏中的一图标），系统弹出 Result Window Definition 对话框。在 Name 中填入 init_stress, 在 Title 中填入 Von Mises Stress of Bracket，如图 2.20 所示。 图 2.20 (3) 在Study Selection中的Design Study下方单击川按钮，选择上面完成的分析 Struct，单击Open按钮。 (4) 系统回到 Result Windo

21、w Definition 对话框，如图 2.21所示。 (5) 在 Display type 中选择 Fringe，在 Quantity 中选择 Stress,在 Component 中选 择Von Mises，意即以云图的形式显示 Von Mises应力。 图 2.21 (6) 在图2.21对话框下部区域切换至Display Option，勾选Continuous Tone，如图 2.22所示。 g D 皀 FdTti 电 1 Scaling SIiqw El 4n gnt 图 2.22 凶 -Display type Friftgi Study Desili Study lull Resu

22、lt Window DeFinihan w, |兰眇边w呼 init stc53 Title struc t V Ven 111 sea Stress. o Er ticket DIgplLpuption Di splay Opticus fone； 0 Averaged Le#e c - 1 u Xjli n at e (7) 单击OK关闭对话框，元成结果窗口init_stess的定义。 (8) 从图2.19中选择主菜单Insert|Result Window (或者直接单击上方工具栏中的血 图标)，系统弹出 Result Window Definition 对话框，在Name中填入Init

23、_disp , 在 Title 中填入 Displacement of Bracket , 如图 2.23 所示。 p?| Result Window DeFiniltiain Rae Ti U QK OK and Sh.(w 图 2.23 (9) 在Study Selection中的Design Study下方单击宀按钮，选择上面完成的分析 Struct，单击Open按钮。 (10) 系统回到 Result Window Definition 对话框。 (11) 在 Display type 栏中选择 Fringe，在 Quantity 中选择 Displacement，在 Componen

24、t 中选择 Magnitude。 (12) 将对话框下部区域切换至Display Option，如图2.24所示，勾选Continuous Tone 禾口 Deformed 。 |alResiJt WbndiQw Denrwti在Measure中接受默认的total_mass。 (6) 勾选Limit On Measure ,单击下方的Create按钮，系统提示选择测量值，选择 max_stress_vm。单击Accept按钮接受选择。 (7) 系统返回到 Design Study定义对话框，并在 Measure右侧的文本框中出现了 max_stress_vm，在关系符号中选择 w 金叮卜费囲

25、画陥*竿啊口耳回 M 1 乩 I n m o nld + t 13 .!- t.翊- c.ia；r J Updditrnf 1Jfc ti cjl*y 舟*“iixli 砒期怕 r0ptL4he*lLOiiJlLttwy (L of ). Qp-lvt i n * i ijlv ” . (L橄I EM i? 图 2.65 6. 创建初始应力结果窗口Ini t_Stress （1）从图2.19中选择主菜单Insert|Result Window （或者直接单击上方工具栏中的巨 图标），系统弹出 Result Window Definition 对话框。在 Name 中填入 Init_Stress， 在 Title 中填入 Von Mises Stress of Bracket。 （2）在Study Selection中的Design Study下方单击曲按钮，选择上面完成 struct， 单击Open按钮。 （3）系统回到 Result Window