ProE有限元分析浅析

1、ProE有限元分析浅析Pro/ENGINEER 分析1. Pro/MECHANICA 简介Pro/MECHANICA 是美国PTC开发的有限元软件.该软件可以实现和 Pro/ENGINEER的完全无缝集成.绝大局部有限元分析软件的几何建模功能比拟 弱,这些有限元软件通常通过IGES格式或者STEP格式进行数据交换,而这样 做最大的弊端在于容易造成数据的丧失,因此常常需要花费大量的时间与精力进 行几何模型的修补工作.使用Pro/MECHANICA 恰好可以克服这一点,该软件可 以直接利用Pro/ENGINEER的几何模型进行有限元分析.Pro/MECHANICA 是基于P方法进行工作的.它采用适

2、应性P-method技术, 在不改变单元网格划分的情况下,靠增加单元内的插值多项式的阶数来到达设定 的收敛精度.理论上,插值多项式的阶数可以很高,但在实际工作中,往往将多 项式的最高阶数限制在9以内.如果插值多项式的阶数超过 9仍然没有收敛,这 时可以增加网格的密度,降低多项式的阶数,加快计算速度.利用P方法进行分析,降低了对网格划分质量的要求和限制,系统可以自动收敛求解.P-method能够比拟精确地拟合几何形状,能够消除外表上的微小凹面.这种 单元的应力变形方程为多项式方程,最高阶次能够到达九阶.这意味着这种单元 可以非常精确地拟合大应力梯度.Pro/MECHANICA 中四面体单元的计算

3、结果比 其他传统有限元程序中四面体的计算结果要好得多.首先单元以较低的阶次进行 初步计算,然后在应力梯度比拟大的地方和计算精度要求比拟高的地方自动地提 高单元应力方程的阶次,从而保证计算的精确度和效率.2. Pro/MECHANICA 工作模式：1) FEM模式：FEM模式没有求解器,只能完成对模型的网格划分、边界约 束、载荷、理性化等前处理工作、然后借助第三方软件完成计算分析.2)集成模式：用户可以在 Pro/ENGINEER 中建立几何模型,然后进入 Pro/MECHANICA 模块中,定义载荷及边界条件,进行分析研究.应用较多的还 是集成模式.3. Pro/MECHANICA 三个模块:

4、1 ) Pro/MECHANICA STRUCTURE :结构分析软件包,可以进行零件模型和 装配模型的结构分析和优化分析.具有的分析类型有 ：静态分析、模态分析、屈曲 分析、接触分析、预紧分析及振动分析等.2Pro/ENGINEER 分析2 Pro/MECHANICA THERMAL :温度分析模块,可以进行零件和装配模 型的稳态和瞬态温度分析,也可以根据温度问题进行灵敏度分析和优化设计.3 ProIMECHANICA MOTIQN :运动分析软件包,进行机构分析和机构运 动优化设计,可以进行三维静态分析、运动学分析、动力学分析、逆向动力学分 析及干预检验分析.4. Pro/MECHANIC

5、A 有限元分析的根本步骤：1建立几何模型：在Pro/ENGINEER 中创立几何模型.2识别模型类型：将几何模型由Pro/ENGINEER 导入Pro/MECHANICA 中, 此步需要用户确定模型的类型,默认的模型类型是实体模型.我们为了减小模型 规模、提升计算速度,一般用面的形式建模.3定义模型的材料物性.包括材料、质量密度、弹性模量、泊松比等4定义模型的载荷.5定义模型的约束.6有限元网格的划分：由 Pro/MECHANICA 中的Auto GEM自动网格划分 器工具完成有限元网格的自动划分.7定义分析任务,运行分析.8根据设计变量计算需要的工程.9图形显示计算结果.5. Pro/MEC

6、HANICA STRUCTURE根本分析过程1 .在Pro/ENGINEER 模块中完成结构几何模型后,单击 应用程序一“Mechanica",弹出下列图所示窗口,启用 Mechanica structure .2 .添加材料属性Pro/ENGINEER 分析单击"材料由引,进入下列图对话框,选取川More进入材料库,选取材料3.定义载荷集中力或力矩载荷 分布力载荷轴承力载荷重力载荷离心力载荷热载荷加载集中力或力矩,点击土,出现Pro/ENGINEER 分析Name Number of Set Reference edges/curves pomts Properties

7、Advanced根本载荷工况名称载荷集名称施加载荷时的参照,可以是surfaces选择坐标系,默认为全局坐标系点击该按钮后,可以选择载荷的加载方式,可以加载载荷总值,也可以在每单位面积或点上加载；载荷的大小可以用函数来限制,使得载荷的施加非常方便.2) W加载分布力,点击隹,出现 Name根本载荷工况名称 Number of Set载荷集名称 Reference施加载荷时的参照,只能选择surface Advanced点击该按钮后,可以选择载荷的加载方式.可以均匀加载,可以用函数加载,也可以通过外部.fnf格式的文件加 载3)巴加载重力载荷,点击加,出现下列图对话框,Pro/ENGINEER

8、分析Name重力载荷名称Number of Set 载荷集名称Coordinate System 选择坐标系,默认为全局坐标系Acceleration定义重力加速度方向及大小4.定义约束1) 尽：位移约束点击保,出现下列图所示对话框,Pro/ENGINEER 分析Name约束名称Number of Set 约束集名称Reference 施加 约束时的 参照,可以是surfaces>edges/curves、points 等Coordinate System 选择坐标系,默认为全局坐标系Translation 平动约束Rotation 旋转约束2)维：对称约束点击夕R,出现下列图所示对话框

9、,Name约束名称Number of Set 约束集名称Type约束类型有镜像和循环对称两种类型4.定义 idealizations步壳站梁<弹簧A质量体1)"：壳单元点击“,弹出下列图所示窗口,Pro/ENGINEER 分析Name壳单元名称Type方向Reference2梁点击尸,弹出下列图所示窗口简单和高级两种类型,高级中可以定义材料定义壳单元时的参照Pro/ENGINEER 分析Name梁单元名称Type默认为梁单元Reference定义壳单元时的参照Materials 梁单元的材料Properties 定义梁单元的Y轴方向5.定义连接形式1宜：连接形式点击r ,出现下

10、列图所示窗口Pro/ENGINEER 分析Name连接形式名称Type连接类型有固结、自由、接触Reference定义连接时的参照,可以是面和面之间连接,也可以是零件和零件之间连接2 ) |苴：刚性区域点击苴,弹出下列图所示窗口,刚性区域可以模拟较轴连接,代替 ALGOR、ANSYS中杆梁组合模拟校轴的形式.6 .定义分析J1前处理局部完成后,点击 工,弹出下列图所示窗口,10Pro/ENGINEER 分析网4田 £tfind&rdStudy.New Ssnsi tivi ty lesi S tudy,.-Ng* Optinii zat ion Dei gn Study.Cl

11、 ose可以定义静力、模态、屈曲、疲劳、预紧力以及动态分析等等.定义完分析类型后,点击 A即可进行分析,在分析之前也可以点击 油,预 先生成网格,通过“自动几何 一 “限制菜单,对生成的单元类型及大小进行 调整.7 .结果查看当分析完成后,点击,；,弹出下列图所示窗口,11Pro/ENGINEER 分析显示所有一显示面 显示部件或层 显示曲线6,简单算例6.1接触算例1 .设置工作目录为盘符：tempexample1.2 .翻开零彳模型examplel.asm,如下列图所示12显示体,Pro/ENGINEER 分析图6.13.设置模型单位点击主菜单“编辑 一 “设置,弹出图6.2所示菜单治理器

12、,点击其中的“单 位,弹出图6.3所示单位治理器,计算分析时一般将单位设置为毫米牛顿秒,假设 单位需变换,可点击右侧“设置按钮,弹出图 6.4所示改变模型单位对话框,选择“转换尺寸单项选择框即可菜单治理署质量属性材科精度U里尺寸边界 名称 幡格公差设置 互捡券愿限制指定挠性 完成图6.3图6.213Pro/ENGINEER 分析改变模型单位X! 改变模型单位特操尺寸例如1*变为4MI1.砰厘尺寸列如r变为irm-W图6.44 .进入分析程序点击主菜单“应用程序 一 “ Mechanica,图6.5所示,弓M出图6.6所示unitinfo窗口,单位确认无误后点击“ Continue",

13、选择模型类型为 Structure即进入分析程序图6.5图6.614Pro/ENGINEER 分析5 .定义模型材料点击主菜单“属性 一 “材料,图6.7所示,弓M出图6.8所示材料对话框,选择材料,双击或点击 渺即可添加到“模型中的材料 一栏,右键点击已选择的材料,可以编辑材料的物性.点击主菜单“属性 一 “材料分配,图6.9所示,图6.8弹出图6.10Material Assignment 窗口,将examplel.asm选中,即分配完材料.电对科分配 冷;材科方向好卸旗 喉的束集H2壳屋在村|一.一 梁截面),工肪同WSE本® 上弹餐同性圈 岛质重属性旧图6.7o/ENGINE

14、ER WiLdfi属性(E)自由几何£k g材料(U一一%材料分配®.图 6.10一包衬料方向(1).k负荷集(E) |藤匐雨集(工)A壳属性G), 由H梁微面 匕梁方向西 忖梁叔本(园.一 工期餐属性© Q质量屋酝(已一,图6.96 .定义约束点击主菜单“插入 一“位移约束,图6.11所示,弹出图6.12所示constraint 对话框,选择两个底面进行全约束.15Pro/ENGINEER 分析产W itifrA.旧-力上为5：巨质荷O., 或压力咬荷化一 一 b<杂技国荷也, 11 五士1国荷*丘H+施心食荷g 电匣国两<T位侈修ER 3,现国只寸

15、称云束CC. . * p 京第> .B潍CE>. 号弹芦缶> .<2i>. .迎；中间曲面8年将?3"亮队便U通L 3和小1衽谁如同件由而WEJQp.,E f4r不艮用区至.1 9 4TL4AJ 方5 E <bl一 图 6.11UJiE-00h工4上<1耳11|Jlfribei at Set| Catulx&int Sie-tl* | Iflm- 一 守fer 曲 txc£ liurf ace-s-wSurfuGgtf t < tjiiigdliHil 口 ImiitlHiXSuet uze £ £

16、0Q5h£m l ZUP|二呼电 £十七,.上一|Cocrdinatc舒堇亡匕0 %ktL日O Sslertfrdi二 UTr 5= I a.t n 口图 6.127.定义连接关系点击右侧快捷菜单弹出图6.13所示对话框,类型选择接触,参照选择16Component-Component ,接触距离小于等于 1mm,平面夹角小于等于 5度.Pro/ENGINEER 分析S Interface Definition匕3CoctagtQRef»IBtlCBSCoRpoaaiT&MlErQHEnt*CcajijiEiBatPart : ZUOCwHi 0匕ED 1

17、rzr.鼠邛S«lec tlOTL f 111EZJ1Z|£ Tolyl diCiSt'i UitK'JL I1M.加It (br twen pl ar.nr in3rfitcs)5、 degIJlChsck far Centsct jtily tetwem pLanar gijrf =c&sPr nper ti ef0 Split surfaces0 j«L*fT3：,te torpatibl- Resh|_| Inf inite FtleIloo.图 6.138 .定义刚性区域在距离轴端面100mm处,定义一基准点 PNT0.点击右侧快

18、捷菜单国,弹出图6.14所示Rigid Link Definition 窗口,选择轴端面及 PNT0定义为刚性区域.图 6.149 .定义面域此节内容自己练习.10 .定义载荷(1)自重载荷点击主菜单“插入 一 “重力负荷,图6.15所示,弓M出图6.16所示Gravity17Pro/ENGINEER 分析2Load窗口,参照全局坐标系,定义 Z向9800mm/sec日力切矩质荷工,一 尘压力负荷. 国承载更荷出|一一由马心宜荷© 温也货尚工.除他1呜束值. 硼,对相的哀上一.0元 JrJ徵烟3., 4弹铺O.占曲型.中中间曲面小一,一连接颔厘稳拟删丝汨.快里基港回 3方面因蛾皿 .

19、金阵枳块区箝一.当'll!,杓宜而.E Gravitt Load£E : buricY | Cmicc】图 6.15图 6.162定义集中力点击主菜单“插入 一 “力 /力矩负荷,图6.17所示,弹出图6.18所示Force/Moment Load窗口,参照全局坐标系,定义载荷方向及大小.Pro/ENGLNHEK %自动几啊,力j力把a?荷里.土压力疑荷定.£承轼5局任, 也重力负荷心一一 廿惑心负荷焉隹可而红】|廉垃隧晒Q 都对"的京区一*.亢 A察尔 |馨筌® G后堂?心,一&堂祖测道模型基唯团曲面区M&_1I邛租,？；城二i

20、|'|机构'荷U图 6.17图 6.183定义扭矩18Pro/ENGINEER 分析同2的定义方式相同,只是在 Moment栏定义载荷即可.11 .定义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,点击主菜单“分析 一 " Mechanica分析/研究,图6.19所示,弹出图 6.20Analyses and Design Studies窗口.点击 “File 下的 “ New Static,弹出图 6.21Static Analysis Definition 窗口, 选中上述定义的载荷集和2束集.在名称中输入 examples图6

21、.22所示.信息但应用程序IE1浏堂模型几何外镯分析®I TIf齿M差讦纤,工保存刖分析用全部AN除A TleiJiaiiica 分析£»,.图 6.19图 6.20图 6.2119删除至部Pro/ENGINEER 分析图 6.22定义完静力分析后,选择图 6.22 “Run 一 “Setting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,或者直接单击 用命令图 标,进行上述的设置,如图6.23所示图 6.2312 .运行分析点击图6.22中的入,开始分析计算.分析任务开始执行,屏幕会闪动几次,最终会在信息栏中出现“The design st

22、udy has started. 消息.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20Pro/ENGINEER 分析作是在后台进行的,对用户不可见；不过用户可以通过选择Info|Status(或者单击亶图标),查看运算过程信息.当信息中显示计算完毕(Run Completed )后 单击“完成按钮关闭对话框.13 .查看分析结果(1)直接点击图6.22中的也图标,弹出图6.24所示窗口,“Display TypeI “Fringe即以云图形式显示结果,“Quantity" I "Displacement查看变形, 在 “Disp

23、lay Options 中勾选 “Deformed,点击 “OK and Show 即可显示位移 结果,图6.25所示.图 6.24k)jn 300s 0： B. DOSv-aS? nD0p b . k300er-0Z 5 . 000c -02 4 . 000t-0£1l g图 6.2521Pro/ENGINEER 分析(2)应力结果选择图6.24中“Quant让y I "Stress查看应力结果,默认为 Von Mises应力,如图6.26所示L白白白u 3.500yT01 3. D£10e*0 £.500=-012. 00Ci.500e+ai1 . UU-Je 1-025. Uk旭t q. 0mLlc图 6.266.2梁算例1.A、B、D三处为较接,AC梁和DB梁均采用16#工字梁,在C处施加8000N 集中力,如图6.27所示图 6.272.设置Pro/E的工作路径为盘符,翻开 beam.asm,如图 6.28所示.22Pro/ENGINEER 分析图 6.283.建立AC梁,点选Edge/Curve为参照,定义材料为 Steel,定义16#工字钢截面形状如图6.29所示.Lt LOTIEivnlReference!CumNiWi J STEJL图 6.29liMhsiaisf 3 9ii- 140,2TiTi4.建立DB