ProE有限元分析淺析

1、ProE有限元分析淺析Pro/ENGINEER 分析1. Pro/MECHANICA 簡介Pro/MECHANICA 是美國PTC開發(fā)的有限元軟件.該軟件可以實現(xiàn)和 Pro/ENGINEER的完全無縫集成.絕大局部有限元分析軟件的幾何建模功能比擬 弱,這些有限元軟件通常通過IGES格式或者STEP格式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,而這樣 做最大的弊端在于容易造成數(shù)據(jù)的喪失,因此常常需要花費大量的時間與精力進(jìn) 行幾何模型的修補工作.使用Pro/MECHANICA 恰好可以克服這一點,該軟件可 以直接利用Pro/ENGINEER的幾何模型進(jìn)行有限元分析.Pro/MECHANICA 是基于P方法進(jìn)行工作的.它采用適

2、應(yīng)性P-method技術(shù), 在不改變單元網(wǎng)格劃分的情況下,靠增加單元內(nèi)的插值多項式的階數(shù)來到達(dá)設(shè)定 的收斂精度.理論上,插值多項式的階數(shù)可以很高,但在實際工作中,往往將多 項式的最高階數(shù)限制在9以內(nèi).如果插值多項式的階數(shù)超過 9仍然沒有收斂,這 時可以增加網(wǎng)格的密度,降低多項式的階數(shù),加快計算速度.利用P方法進(jìn)行分析,降低了對網(wǎng)格劃分質(zhì)量的要求和限制,系統(tǒng)可以自動收斂求解.P-method能夠比擬精確地擬合幾何形狀,能夠消除外表上的微小凹面.這種 單元的應(yīng)力變形方程為多項式方程,最高階次能夠到達(dá)九階.這意味著這種單元 可以非常精確地擬合大應(yīng)力梯度.Pro/MECHANICA 中四面體單元的計算

3、結(jié)果比 其他傳統(tǒng)有限元程序中四面體的計算結(jié)果要好得多.首先單元以較低的階次進(jìn)行 初步計算,然后在應(yīng)力梯度比擬大的地方和計算精度要求比擬高的地方自動地提 高單元應(yīng)力方程的階次,從而保證計算的精確度和效率.2. Pro/MECHANICA 工作模式：1) FEM模式：FEM模式?jīng)]有求解器,只能完成對模型的網(wǎng)格劃分、邊界約 束、載荷、理性化等前處理工作、然后借助第三方軟件完成計算分析.2)集成模式：用戶可以在 Pro/ENGINEER 中建立幾何模型,然后進(jìn)入 Pro/MECHANICA 模塊中,定義載荷及邊界條件,進(jìn)行分析研究.應(yīng)用較多的還 是集成模式.3. Pro/MECHANICA 三個模塊:

4、1 ) Pro/MECHANICA STRUCTURE :結(jié)構(gòu)分析軟件包,可以進(jìn)行零件模型和 裝配模型的結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化分析.具有的分析類型有 ：靜態(tài)分析、模態(tài)分析、屈曲 分析、接觸分析、預(yù)緊分析及振動分析等.2Pro/ENGINEER 分析2 Pro/MECHANICA THERMAL :溫度分析模塊,可以進(jìn)行零件和裝配模 型的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度分析,也可以根據(jù)溫度問題進(jìn)行靈敏度分析和優(yōu)化設(shè)計.3 ProIMECHANICA MOTIQN :運動分析軟件包,進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)運 動優(yōu)化設(shè)計,可以進(jìn)行三維靜態(tài)分析、運動學(xué)分析、動力學(xué)分析、逆向動力學(xué)分 析及干預(yù)檢驗分析.4. Pro/MECHANIC

5、A 有限元分析的根本步驟：1建立幾何模型：在Pro/ENGINEER 中創(chuàng)立幾何模型.2識別模型類型：將幾何模型由Pro/ENGINEER 導(dǎo)入Pro/MECHANICA 中, 此步需要用戶確定模型的類型,默認(rèn)的模型類型是實體模型.我們?yōu)榱藴p小模型 規(guī)模、提升計算速度,一般用面的形式建模.3定義模型的材料物性.包括材料、質(zhì)量密度、彈性模量、泊松比等4定義模型的載荷.5定義模型的約束.6有限元網(wǎng)格的劃分：由 Pro/MECHANICA 中的Auto GEM自動網(wǎng)格劃分 器工具完成有限元網(wǎng)格的自動劃分.7定義分析任務(wù),運行分析.8根據(jù)設(shè)計變量計算需要的工程.9圖形顯示計算結(jié)果.5. Pro/MEC

6、HANICA STRUCTURE根本分析過程1 .在Pro/ENGINEER 模塊中完成結(jié)構(gòu)幾何模型后,單擊 應(yīng)用程序一“Mechanica",彈出下列圖所示窗口,啟用 Mechanica structure .2 .添加材料屬性Pro/ENGINEER 分析單擊"材料由引,進(jìn)入下列圖對話框,選取川More進(jìn)入材料庫,選取材料3.定義載荷集中力或力矩載荷 分布力載荷軸承力載荷重力載荷離心力載荷熱載荷加載集中力或力矩,點擊土,出現(xiàn)Pro/ENGINEER 分析Name Number of Set Reference edges/curves pomts Properties

7、Advanced根本載荷工況名稱載荷集名稱施加載荷時的參照,可以是surfaces選擇坐標(biāo)系,默認(rèn)為全局坐標(biāo)系點擊該按鈕后,可以選擇載荷的加載方式,可以加載載荷總值,也可以在每單位面積或點上加載；載荷的大小可以用函數(shù)來限制,使得載荷的施加非常方便.2) W加載分布力,點擊隹,出現(xiàn) Name根本載荷工況名稱 Number of Set載荷集名稱 Reference施加載荷時的參照,只能選擇surface Advanced點擊該按鈕后,可以選擇載荷的加載方式.可以均勻加載,可以用函數(shù)加載,也可以通過外部.fnf格式的文件加 載3)巴加載重力載荷,點擊加,出現(xiàn)下列圖對話框,Pro/ENGINEER

8、分析Name重力載荷名稱Number of Set 載荷集名稱Coordinate System 選擇坐標(biāo)系,默認(rèn)為全局坐標(biāo)系A(chǔ)cceleration定義重力加速度方向及大小4.定義約束1) 盡：位移約束點擊保,出現(xiàn)下列圖所示對話框,Pro/ENGINEER 分析Name約束名稱Number of Set 約束集名稱Reference 施加 約束時的 參照,可以是surfaces>edges/curves、points 等Coordinate System 選擇坐標(biāo)系,默認(rèn)為全局坐標(biāo)系Translation 平動約束Rotation 旋轉(zhuǎn)約束2)維：對稱約束點擊夕R,出現(xiàn)下列圖所示對話框

9、,Name約束名稱Number of Set 約束集名稱Type約束類型有鏡像和循環(huán)對稱兩種類型4.定義 idealizations步殼站梁<彈簧A質(zhì)量體1)"：殼單元點擊“,彈出下列圖所示窗口,Pro/ENGINEER 分析Name殼單元名稱Type方向Reference2梁點擊尸,彈出下列圖所示窗口簡單和高級兩種類型,高級中可以定義材料定義殼單元時的參照Pro/ENGINEER 分析Name梁單元名稱Type默認(rèn)為梁單元Reference定義殼單元時的參照Materials 梁單元的材料Properties 定義梁單元的Y軸方向5.定義連接形式1宜：連接形式點擊r ,出現(xiàn)下

10、列圖所示窗口Pro/ENGINEER 分析Name連接形式名稱Type連接類型有固結(jié)、自由、接觸Reference定義連接時的參照,可以是面和面之間連接,也可以是零件和零件之間連接2 ) |苴：剛性區(qū)域點擊苴,彈出下列圖所示窗口,剛性區(qū)域可以模擬較軸連接,代替 ALGOR、ANSYS中桿梁組合模擬校軸的形式.6 .定義分析J1前處理局部完成后,點擊 工,彈出下列圖所示窗口,10Pro/ENGINEER 分析網(wǎng)4田 £tfind&rdStudy.New Ssnsi tivi ty lesi S tudy,.-Ng* Optinii zat ion Dei gn Study.Cl

11、 ose可以定義靜力、模態(tài)、屈曲、疲勞、預(yù)緊力以及動態(tài)分析等等.定義完分析類型后,點擊 A即可進(jìn)行分析,在分析之前也可以點擊 油,預(yù) 先生成網(wǎng)格,通過“自動幾何 一 “限制菜單,對生成的單元類型及大小進(jìn)行 調(diào)整.7 .結(jié)果查看當(dāng)分析完成后,點擊,；,彈出下列圖所示窗口,11Pro/ENGINEER 分析顯示所有一顯示面 顯示部件或?qū)?顯示曲線6,簡單算例6.1接觸算例1 .設(shè)置工作目錄為盤符：tempexample1.2 .翻開零彳模型examplel.asm,如下列圖所示12顯示體,Pro/ENGINEER 分析圖6.13.設(shè)置模型單位點擊主菜單“編輯 一 “設(shè)置,彈出圖6.2所示菜單治理器

12、,點擊其中的“單 位,彈出圖6.3所示單位治理器,計算分析時一般將單位設(shè)置為毫米牛頓秒,假設(shè) 單位需變換,可點擊右側(cè)“設(shè)置按鈕,彈出圖 6.4所示改變模型單位對話框,選擇“轉(zhuǎn)換尺寸單項選擇框即可菜單治理署質(zhì)量屬性材科精度U里尺寸邊界 名稱 幡格公差設(shè)置 互撿券愿限制指定撓性 完成圖6.3圖6.213Pro/ENGINEER 分析改變模型單位X! 改變模型單位特操尺寸例如1*變?yōu)?MI1.砰厘尺寸列如r變?yōu)閕rm-W圖6.44 .進(jìn)入分析程序點擊主菜單“應(yīng)用程序 一 “ Mechanica,圖6.5所示,弓M出圖6.6所示unitinfo窗口,單位確認(rèn)無誤后點擊“ Continue",

13、選擇模型類型為 Structure即進(jìn)入分析程序圖6.5圖6.614Pro/ENGINEER 分析5 .定義模型材料點擊主菜單“屬性 一 “材料,圖6.7所示,弓M出圖6.8所示材料對話框,選擇材料,雙擊或點擊 渺即可添加到“模型中的材料 一欄,右鍵點擊已選擇的材料,可以編輯材料的物性.點擊主菜單“屬性 一 “材料分配,圖6.9所示,圖6.8彈出圖6.10Material Assignment 窗口,將examplel.asm選中,即分配完材料.電對科分配 冷;材科方向好卸旗 喉的束集H2殼屋在村|一.一 梁截面),工肪同WSE本® 上彈餐同性圈 島質(zhì)重屬性舊圖6.7o/ENGINE

14、ER WiLdfi屬性(E)自由幾何£k g材料(U一一%材料分配®.圖 6.10一包襯料方向(1).k負(fù)荷集(E) |藤匐雨集(工)A殼屬性G), 由H梁微面 匕梁方向西 忖梁叔本(園.一 工期餐屬性© Q質(zhì)量屋醞(已一,圖6.96 .定義約束點擊主菜單“插入 一“位移約束,圖6.11所示,彈出圖6.12所示constraint 對話框,選擇兩個底面進(jìn)行全約束.15Pro/ENGINEER 分析產(chǎn)W itifrA.舊-力上為5：巨質(zhì)荷O., 或壓力咬荷化一 一 b<雜技國荷也, 11 五士1國荷*丘H+施心食荷g 電匣國兩<T位侈修ER 3,現(xiàn)國只寸

15、稱云束CC. . * p 京第> .B濰CE>. 號彈蘆缶> .<2i>. .迎；中間曲面8年將?3"亮隊便U通L 3和小1衽誰如同件由而WEJQp.,E f4r不艮用區(qū)至.1 9 4TL4AJ 方5 E <bl一 圖 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|二呼電 £十七,.上一|Cocrdinatc舒堇亡匕0 %ktL日O Sslertfrdi二 UTr 5= I a.t n 口圖 6.127.定義連接關(guān)系點擊右側(cè)快捷菜單彈出圖6.13所示對話框,類型選擇接觸,參照選擇16Component-Component ,接觸距離小于等于 1mm,平面夾角小于等于 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.圖 6.138 .定義剛性區(qū)域在距離軸端面100mm處,定義一基準(zhǔn)點 PNT0.點擊右側(cè)快

18、捷菜單國,彈出圖6.14所示Rigid Link Definition 窗口,選擇軸端面及 PNT0定義為剛性區(qū)域.圖 6.149 .定義面域此節(jié)內(nèi)容自己練習(xí).10 .定義載荷(1)自重載荷點擊主菜單“插入 一 “重力負(fù)荷,圖6.15所示,弓M出圖6.16所示Gravity17Pro/ENGINEER 分析2Load窗口,參照全局坐標(biāo)系,定義 Z向9800mm/sec日力切矩質(zhì)荷工,一 塵壓力負(fù)荷. 國承載更荷出|一一由馬心宜荷© 溫也貨尚工.除他1嗚束值. 硼,對相的哀上一.0元 JrJ徵煙3., 4彈鋪O.占曲型.中中間曲面小一,一連接頷厘穩(wěn)擬刪絲汨.快里基港回 3方面因蛾皿 .

19、金陣枳塊區(qū)箝一.當(dāng)'ll!,杓宜而.E Gravitt Load£E : buricY | Cmicc】圖 6.15圖 6.162定義集中力點擊主菜單“插入 一 “力 /力矩負(fù)荷,圖6.17所示,彈出圖6.18所示Force/Moment Load窗口,參照全局坐標(biāo)系,定義載荷方向及大小.Pro/ENGLNHEK %自動幾啊,力j力把a?荷里.土壓力疑荷定.£承軾5局任, 也重力負(fù)荷心一一 廿惑心負(fù)荷焉隹可而紅】|廉垃隧曬Q 都對"的京區(qū)一*.亢 A察爾 |馨筌® G后堂?心,一&堂祖測道模型基唯團(tuán)曲面區(qū)M&_1I邛租,？；城二i

20、|'|機(jī)構(gòu)'荷U圖 6.17圖 6.183定義扭矩18Pro/ENGINEER 分析同2的定義方式相同,只是在 Moment欄定義載荷即可.11 .定義分析上面我們已經(jīng)建立起了有限元計算所需要的幾何模型、材料、約束以及載荷 邊界條件,點擊主菜單“分析 一 " Mechanica分析/研究,圖6.19所示,彈出圖 6.20Analyses and Design Studies窗口.點擊 “File 下的 “ New Static,彈出圖 6.21Static Analysis Definition 窗口, 選中上述定義的載荷集和2束集.在名稱中輸入 examples圖6

21、.22所示.信息但應(yīng)用程序IE1瀏堂模型幾何外鐲分析®I TIf齒M差訐纖,工保存刖分析用全部AN除A TleiJiaiiica 分析£»,.圖 6.19圖 6.20圖 6.2119刪除至部Pro/ENGINEER 分析圖 6.22定義完靜力分析后,選擇圖 6.22 “Run 一 “Setting進(jìn)行分析運行時的各項設(shè)置,包括文件的存放路徑以及分配的內(nèi)存數(shù)量等,或者直接單擊 用命令圖 標(biāo),進(jìn)行上述的設(shè)置,如圖6.23所示圖 6.2312 .運行分析點擊圖6.22中的入,開始分析計算.分析任務(wù)開始執(zhí)行,屏幕會閃動幾次,最終會在信息欄中出現(xiàn)“The design st

22、udy has started. 消息.接下來Pro/MECHANIC 進(jìn)行自動網(wǎng)格劃分、建立方程、求解方程等一系列工作,這些工20Pro/ENGINEER 分析作是在后臺進(jìn)行的,對用戶不可見；不過用戶可以通過選擇Info|Status(或者單擊亶圖標(biāo)),查看運算過程信息.當(dāng)信息中顯示計算完畢(Run Completed )后 單擊“完成按鈕關(guān)閉對話框.13 .查看分析結(jié)果(1)直接點擊圖6.22中的也圖標(biāo),彈出圖6.24所示窗口,“Display TypeI “Fringe即以云圖形式顯示結(jié)果,“Quantity" I "Displacement查看變形, 在 “Disp

23、lay Options 中勾選 “Deformed,點擊 “OK and Show 即可顯示位移 結(jié)果,圖6.25所示.圖 6.24k)jn 300s 0： B. DOSv-aS? nD0p b . k300er-0Z 5 . 000c -02 4 . 000t-0£1l g圖 6.2521Pro/ENGINEER 分析(2)應(yīng)力結(jié)果選擇圖6.24中“Quant讓y I "Stress查看應(yīng)力結(jié)果,默認(rèn)為 Von Mises應(yīng)力,如圖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圖 6.266.2梁算例1.A、B、D三處為較接,AC梁和DB梁均采用16#工字梁,在C處施加8000N 集中力,如圖6.27所示圖 6.272.設(shè)置Pro/E的工作路徑為盤符,翻開 beam.asm,如圖 6.28所示.22Pro/ENGINEER 分析圖 6.283.建立AC梁,點選Edge/Curve為參照,定義材料為 Steel,定義16#工字鋼截面形狀如圖6.29所示.Lt LOTIEivnlReference!CumNiWi J STEJL圖 6.29liMhsiaisf 3 9ii- 140,2TiTi4.建立DB