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CreoSimulate——高阶单元分析软件典范陈利民SeniorAE22目录CreoSimulate功能简介CreoSimulate原理P-MethodCreoSimulate有效性证明典型用户案例CreoSimulate应用场景定位总结3功能类型–Structure结构受力分析–Vibration结构动响应分析–Thermal热分析–Fatigue疲劳寿命预测主要分析功能–结构静强度变形分析–结构大变形分析、接触分析–模态分析–有预载荷的模态分析–时域、频域动响应分析–随机振动分析–屈曲分析–稳态及瞬态热分析–疲劳寿命分析–灵敏度、设计优化CreoSimulate功能简介Creo结构和热分析功能©2014PTC34P-Method方法5•FEA是FiniteElementAnalysis的缩写，它是FiniteElementMethod(FEM)的一部分，帮助工程师进行手工无法完成的复杂仿真分析工作•FEA将模型离散化为1D,2D或3D的微小形状，并基于边界条件求解它们的位移•所有的FEA仿真分析都采用数值逼近的方法•结果的精确性依赖于正确的模型和数值收敛效果有限元法入门6CreoSimulate有限元理论P-MethodFEA专业人员的典型问题①网格这么稀疏，为什么结果会准确？②ANSYS有超过100种的单元类型，CreoSimulate却不超过20种，Simulate能行吗？ANSYSCreoSimulate7•已知单元节点Nodei和Nodej的位移，求解单元内PointX点的位移？有限元法基本概念：形函数（Shapefunction）xPointxT?一阶形函数S=f(x)悬臂梁静强度分析原始形状变形后定义T:位移TiTjNodeiNodej8通常的有限元分析方法(H-Method)梁尺寸:10”x1”x1”弹性模量:30,000,000psi荷载:150lb.attip梁理论最大位移:0.2”梁理论最大应力:90,000psiModel1,严重误差Model2,依然是严重误差Model3,开始有些效果Model4,可以接受的分析线性方程组数量9CreoSimulate有限元分析理论：P-Method方法薄板零件P-Method与H-Method方法对比?CreoSimulate只用4个单元•使用几何单元(单元精确吻合几何)•解算精度不是通过增加单元数，而是自动调整单元的多边形阶次(P-method)CreoSimulate的P-method一般有限元分析软件的H-methodANSYS/NASTRAN要用数十至数百个单元•不使用几何单元(单元为直边)•解算精度通过增加单元数10Polynomialorder1(Y=AX+B)1stPASSCreoSimulateP-Method11Polynomialorder2(Y=AX2+BX+C)2ndPASSCreoSimulateP-Method12Polynomialorder3(Y=AX3+BX2+CX+D)3rdPASSCreoSimulateP-Method13Polynomialorder4(Y=AX4+BX3+CX2+DX+E)4thPASSCreoSimulateP-Method14Polynomialorder5(Y=AX5+BX4+CX3+….+F)5thPASSCreoSimulateP-Method15Polynomialorder6(Y=AX6+BX5+CX4+….+G)6thPASSCreoSimulateP-Method16Polynomialorder7(Y=AX7+BX6+CX5+….+H)7thPASSCreoSimulateP-Method17Polynomialorder8(Y=AX8+BX7+CX6+….+I)8thPASSCreoSimulateP-Method18Polynomialorder9(Y=AX9+BX8+CX7+….+J)9thPASSCreoSimulateP-Method19CreoSimulateCreoSimulate与一般有限元分析方法的比较一般有限元方法20CreoSimulate（以前称Mechanica）有效性证明21证明数据来源吉林大学机械学院工程力学结构分析室研究员张洪涛注：此书非PTC公司赞助出版22序号方案说明1试验研究试验是一个非常有效的手段，通过试验可以增加我们对分析结果的信心和分析精度的认识2解析法计算对这个简单问题，解析法很容易就可以得到理论解3Mechanica分析利用Mechanica环境进行建模、分析，得到关心区域的应变值等强度梁的例子23等强度梁的例子试验法24等强度梁的例子Mechanica分析：3DCAD/CAE模型25•砝码重量：505g•砝码个数：1•加载位置：D0最远端•强度结果：均值14.4MPa等强度梁的例子Mechanica分析：分析结果26•应力值14.46MPa等强度梁的例子解析法27加载序号加载位置点砝码数量试验数据计算后得到的应力值/Mpa解析法计算的应力值/MpaMechanica计算的应力值/Mpa1D0114.9114.4614.362D0229.6128.9228.733D0344.5243.3843.09等强度梁的结果对比加载位置点砝码数量试验与解析法的应力值的相对偏差（%）Mechanica与解析法的应力值的相对偏差（%）D011.530.33D021.180.33D031.300.33应力值相对偏差比较试验、解析法、Mechanica应力值对比28接触问题分析29接触问题分析接触问题分析：MECHANICA结果30接触问题分析接触问题分析：ANSYS结果31方案最大位移(mm)最大应力（MPa）备注解析法计算30.5240.0A悬臂梁模型Mechanica悬臂梁验算31.9241.5A悬臂梁模型Mechanica接触31.1235.2A/B接触模型Ansys12经典环境接触29.8235.0A/B接触模型Ansys12Workbench接触31.2244.0A/B接触模型接触问题分析Mechanica与解析法、Ansys12的结果对比“Mechanica接触计算非常高效，从建模到分析直接操作…Ansys12经典环境中接触区域的选取与创建、接触相关参数的设置、载荷步的调整都需要花费更多的精力。Ansys12Workbench…不利于普遍应用。通过对比，认为Pro/Mechanica对于我们需要处理的问题提供了更高的效率和更大的方便性。”------摘自《野火版4.0/5.0机械结构分析实战》第32页32有效性证明之结果准确性校验33分析结果准确性校验指南MECHANICA提供校验样例，具体信息位于帮助文档的“校验指南”部分34分析结果准确性校验指南静态分析校验的例子：3D半球壳35分析结果准确性校验指南静态分析校验的例子（续）：3D半球壳Mechanica36•经过著名的MacNeal-Harder有限元问题集的验证–《AProposedStandardSetofProblemstoTestFiniteElementAccuracy》*•其他CAE软件也经过该问题集的验证–NASTRAN–ANSYS–ALGOR•CreoSimulate的结果与使用传统分析软件(如ANSYS、NASTRAN和NAFEMS)获得的结果几乎一致，或与理论分析结果几乎一致。*参考MacNeal,R.H.,andHarder,R.L.AProposedStandardSetofProblemstoTestFiniteElementAccuracy.FiniteElementsinAnalysisandDesignI.ElsevierSciencePublishers,1985.CreoSimulate有效性证明小结37典型用户案例38–国外超过8,000家工业企业在产品研发中使用PTC仿真产品：成功案例和用户列表被广泛的客户使用和验证©2014PTC38©2014PTC©2007PTCBUSINESSINITIATIVEPTCGlobalServicesEnhancesDynamicBehavioratZeissOpticalSystemsSOLUTION“Thesimulationservicewasdeliveredinhighqualitywithinthepromisedschedule.Weappreciatethereliabilityoftheperformedworkandthedeliveredsimulationmodelsaswellastheongoingexcellentcooperationwithourdesignteam.”DirkWeisser,HeadofDesignDepartment,CarlZeissOptronicsGmbHRESULTAerospace&DefenseAerospace&DefenseCarlZeissOptronicsGmbH,locatedinOberkochen,Germany,isamemberoftheCarlZeissgroup,aworldwideleadingmanufacturerofopticalsystems.CarlZeissOptronicsisfocusedonhigh-precisionandrobustopto-electronicsystemsforobservationanddefensepurposes.CarlZeissOptronicsincludesstructuralanalysisanddynamicoptimizationveryearlyintheproductdevelopmentprocesstoassurethattheopticalsystemsfulfillthehighstandardsregardingopticalprecisionwithinaroughenvironment.Tomeettheverytoughdevelopmentschedule,PTCGlobalServiceswaschargedwiththedynamicsystemanalysisofthecompleteperiscopeofthenewGermanPumatankPTCGlobalServicesConsultingbuiltupthedynamicsystemmodeloftheperiscopeinPro/MECHANICAdirectlyonthegivenCarlZeissPro/ENGINEERassemblydata.Shockandrandomresponsecalculationswereperformedwiththismodelandstructuralmodificationsproposed,elaboratedonwiththedesigners,andanalyzedLocatedweakpointsintheinitialdesignandimplementedenhancementsthatsignificantlyimprovedshockstrengthandimagequalityundervibrationloadsReducedsystemmassbyapproximately18%Assuredthatthefirstprototypesuccessfullypassedthedynamictests©2006PTC40©2006PTCBUSINESSINITIATIVEAstrium,asubsidiaryofEADSlocatedinBremen,Germany,isaspacecompanyfocusingoninternationalspaceprograms.AstriumhasdevelopedmanysystemsincludingtheSpacelabfortheU.