外文翻譯--學(xué)習(xí)運(yùn)用ProENGINEER幾何模型建立有限元模型的過程.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系部：機(jī)械工程系專業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化姓名：學(xué)號(hào)：外文出處：KistlerBL,TechnicalReportR.SAND-97-8239,1997.附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評(píng)語：外文資料內(nèi)容與課題相關(guān)，譯文能正確地表達(dá)原文的意文，語言表述基本符合漢語的習(xí)慣，語句較通順，層次清晰。簽名：年月日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。(用外文寫)附件1：外文資料翻譯譯文學(xué)習(xí)運(yùn)用Pro/ENGINEER幾何模型建立有限元模型的過程摘要建立Pro/ENGINEER允許結(jié)構(gòu)一體化模型的方法和生成熱網(wǎng)格和無需重新幾何圖形計(jì)算的分析軟件。本學(xué)習(xí)的目的不是要深入學(xué)習(xí)Pro/ENGINEER的力學(xué)或者生成網(wǎng)格或者分析軟件，而是首次嘗試對(duì)將產(chǎn)生有益的分析模型的時(shí)間比分析師需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的模型的時(shí)間更短的桑迪亞職員提供建議。該研究評(píng)價(jià)了運(yùn)用Pro/ENGINEER建立各種各樣的幾何形狀和對(duì)設(shè)計(jì)師、繪圖員、分析師提供一般建議。致謝繪圖員MarkMickelsen和DennisFritts直接支持這項(xiàng)研究；設(shè)計(jì)師DaveNeustel以及有限元分析師HalRadloffMikekanouff和BruceKistler。此外，ArloAmes的見解和運(yùn)用Pro/ENGINEER的能力是非常寶貴的。引言有限元分析系統(tǒng)的執(zhí)行過程或者組成部分一般分為四個(gè)步驟：1)定義幾何形狀，2)創(chuàng)建幾何形狀網(wǎng)格，3)應(yīng)用網(wǎng)格的性能和邊界及載荷條件，和4)執(zhí)行有限元計(jì)算，和5)檢驗(yàn)分析結(jié)果。本研究檢驗(yàn)前兩步驟之間的關(guān)系，本研究的原因是電子設(shè)計(jì)（幾何圖形）定義的能力在過去十年取得了巨大的增長，像用Pro/ENGINEER這種電腦軟件一樣，1現(xiàn)在能夠經(jīng)常定義實(shí)體幾何。這些電子數(shù)據(jù)庫不但可以創(chuàng)建傳統(tǒng)的制造目的藍(lán)圖，而且還可以對(duì)計(jì)算機(jī)制造工藝和有限元分析傳輸電子信息。可能的話，這種電子信息的傳輸可以節(jié)省分析師在1和2兩個(gè)步驟的大量時(shí)間。此外，在過去十年中生成網(wǎng)格代碼也有著顯著的改善。許多不同的代碼，現(xiàn)在有著在一般表面上自動(dòng)生成殼網(wǎng)的能力。有些人具有（或接近了）將一般網(wǎng)格狀實(shí)體要么自動(dòng)生成四面體或六面體單元的能力。由于事情正在發(fā)生如此之快的變化以至于分析師和繪圖員在如何最好地運(yùn)用這些新工具上可能沒有經(jīng)驗(yàn)。這項(xiàng)研究以了解一些用當(dāng)今的電子工具提高創(chuàng)建有限元模型過程和使用電子設(shè)計(jì)定義作為輸入的分析機(jī)制。自桑迪亞已選擇的Pro/ENGINEER作為其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來定義計(jì)算機(jī)程序，審查Pro/ENGINEER某些細(xì)節(jié)。為了了解詳情和本研究不同階段的重大意義，我們相信，讀者需要對(duì)幾個(gè)領(lǐng)域有一個(gè)基本的了解。這些領(lǐng)域包括簡(jiǎn)短的有限元分析過程背景，生成網(wǎng)格能力（包括目前的問題領(lǐng)域）的目前狀況，不同Pro/ENGINEER功能的說明和它們?nèi)绾芜\(yùn)用于有限元分析過程中，和了解這些技術(shù)變革可能怎樣影響繪圖員，分析師，以及制造商在設(shè)計(jì)工作之間的相互關(guān)系，鼓舞讀者去深入學(xué)習(xí)這些章節(jié)的介紹。目的是為了了解主要研究這樣做的意義。背景在過去對(duì)系統(tǒng)或組件進(jìn)行有限元分析是有難度的，需要給出一個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)或熱方面效應(yīng)的正確估算或者預(yù)測(cè)，為了進(jìn)行分析，分析師需要畫出或者以電子文檔的形式建立幾何模型，并提供相關(guān)的材料屬性和負(fù)載條件。分析師利用這些信息，并對(duì)問題進(jìn)行必要的假設(shè)后建立一個(gè)有限元模型。這個(gè)模型能夠在一定的時(shí)間內(nèi)得出一個(gè)近似的求解。因此，分析求解時(shí)間的長短是第三個(gè)需要考慮的因素。通常，幾何圖形信息是以圖紙的形式提供給分析師的。分析師需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)一些細(xì)節(jié)（如螺栓孔，切斷槽等）進(jìn)行取舍，以便保證分析結(jié)果的近似準(zhǔn)確度。然后，分析師將初始的幾何圖形以相對(duì)簡(jiǎn)單的形式重建。對(duì)幾何圖形的重建和在此基礎(chǔ)上建立有限元模型的過程將耗費(fèi)分析師80%的時(shí)間和精力。隨著實(shí)體模型設(shè)計(jì)軟件，如Pro/ENGINEER，和更加強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)編碼以及用于分析計(jì)算用的計(jì)算機(jī)的推廣，我們可以更加方便地對(duì)電子實(shí)體模型直接進(jìn)行分析求解。由于結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)（如螺栓孔，切斷槽等）對(duì)計(jì)算結(jié)果沒什么影響，設(shè)計(jì)師仍然愿意舍棄它們，盡管在建立Pro/ENGINEER模型可以將它們考慮進(jìn)去。也有些情況下，對(duì)于分析師使用實(shí)體幾何圖形來建模它可能會(huì)無效的一些理由。這有兩個(gè)例子，1）薄結(jié)構(gòu)，它可以準(zhǔn)確地分析，使用三維殼單元比當(dāng)用實(shí)體單元時(shí)更能降低計(jì)算成本和模型尺寸大小，和2）軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可充分分析利用二維軸對(duì)稱模型代表橫截面。在這兩種情況下或者重新創(chuàng)建幾何模型或者使用Pro/ENGINEER的實(shí)體模型，分析師一定必須提前知道分析什么樣的類型。這就依賴于當(dāng)前的生成網(wǎng)格和分析技術(shù)了。例如，目前的生成網(wǎng)格技術(shù)只允許接受使用四面體單元（四環(huán)素）的一般實(shí)體幾何圖形的自動(dòng)生成網(wǎng)格，即使六面體單元（六環(huán)素）通常用更少的單元提供一個(gè)更好的方案。因此，如果需要六面體單元的話，該分析師將不得不修改Pro/ENGINEER提供的幾何模型，以適應(yīng)非自動(dòng)生成網(wǎng)格。此外，四面體單元往往有問題，甚至超越他們的最低精度。低價(jià)四環(huán)素要素往往表現(xiàn)出剪切閉鎖和過度的剛度，而高階四環(huán)素要素中不能使用明確的分析（動(dòng)態(tài)分析需要非常小的時(shí)間間隔）。因此，分析師必須基于分析類型來選擇生成網(wǎng)格類型部分。另一個(gè)考慮是模型的尺寸大小。有的3-D模型可以非常迅速地變的太大以至于無法運(yùn)行，可能的原因或者是計(jì)算時(shí)間或者內(nèi)存容量大小，這兩者都是目前計(jì)算機(jī)所限制?！靶　?00x100x100單元的3-D網(wǎng)格產(chǎn)生一百萬單元的模型尺寸，而迄今為止傳統(tǒng)有限元模型已低于十萬單元。因此，謹(jǐn)慎的做法是在有可能的情況下，以2-D為模型結(jié)構(gòu)，即使3-D計(jì)算方法可能會(huì)產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果。這又可能需要修改來自Pro/ENGINEER提供的實(shí)體幾何模型。最后一個(gè)考慮是，通常繪圖員“創(chuàng)建”一個(gè)Pro/ENGINEER模型比分析師“創(chuàng)建”一個(gè)分析模型花費(fèi)更少的時(shí)間和精力。因此，它是合理的（從整體設(shè)計(jì)到分析過程）以首先集中于可以用Pro/ENGINEER便于分析師的建模來做的事情。盡管這是一個(gè)事實(shí)，即制圖者幾乎總是由設(shè)計(jì)師，而不是分析師。因此除非設(shè)計(jì)師的同意，分析師可能會(huì)感到不太愿意對(duì)任何模型做出修改。目前存在的生成網(wǎng)格問題目前生成網(wǎng)格技術(shù)和嚙合過程中有一些已知的障礙。這些障礙包括1）帶有小功能大的幾何模型的嚙合問題，2）復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)幾何形狀的嚙合問題，3）使用實(shí)體幾何模型來創(chuàng)建殼模型的問題，4）連接不同部件的集合建模之間的問題，5）處理公差的問題，和6）如Pro/ENGINEER實(shí)體模型代碼轉(zhuǎn)移生成網(wǎng)格代碼傳輸幾何圖形信息的問題。傳統(tǒng)的生成網(wǎng)格技術(shù)可以自動(dòng)生成低階網(wǎng)格形狀，具體地說，點(diǎn)、線、四曲面、和六面實(shí)體。在2-D中，目前的鋪平技術(shù)現(xiàn)在仍然存在著一般性三角形和四邊形單