Pro-MECHANICA入门实例

ProeMECHANICA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·2·2.1Pro/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/MECHANICAStructure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2.2.1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example1，如图2.1所示。第2章入门实例·3·图2.1步骤二：设置模型单位（1）打开Pro/ENGINEER主界面的Edit菜单，然后选择Setup…选项。（2）系统弹出PartSetup菜单管理器，如图2.2所示。图2.32（3）在PartSetup菜单中单击Units选项，系统弹出UnitsManager对话框，如图2.3所示。·4·图2.3（4）我们要将模型的单位设置为毫米牛顿秒的形式，所以在SystemsofUnits中选择millimeterNewtonSecond(mmNs)，如图2.4所示。（5）单击UnitsManager对话框右侧的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ConvertExistingNumbers（SameSize）——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。第2章入门实例·5·图2.5（2）单击Continue按钮继续，系统进入Pro/MECHANICA模式，如图2.6所示。图2.6（3）为进入Pro/MECHANICAStructure模块，选择MECHANICA菜单管理器中的Structure选项，系统进入结构分析主界面。步骤四：设置模型材料（1）选择MECSTRUCT菜单→Model→Materials，系统弹出材料定义对话框。（2）在Materials对话框左侧的MaterialsinLibrary:列表框中选择SS，然后单击按钮，将SS添加至右侧的MaterialsinModel:列表框中，如图2.7所示。·6·图2.7（3）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example1模型，然后单击OK按钮关闭选择对话框。（6）系统返回Materials对话框，单击Materials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MECSTRUCT菜单中选择Constraints→New→Surface（也可以直接单击右侧工具栏上的命令图标），系统弹出Constraints定义对话框，如图2.9所示。第2章入门实例·7·图2.9（2）保留默认的约束名称Constraints1和默认的约束组名称ConstraintSet1。（3）单击Reference|Surface(s)下侧的按钮，系统提示SelectSurfaces:（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。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OK按钮完成约束的定义。（9）约束定义完成后的模型如图2.11所示。选择此面·8·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MECSTRUCT菜单中选择Loads→New→Surface（也可以直接单击右侧工具栏的命令图标），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)下侧的按钮，系统提示SelectSurfaces:（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）在Distribution下方的列表框中分别选择TotalLoad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－4448.22，如图2.14所示。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。选择此面第2章入门实例·9·图2.14图2.152.2.2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MECSTRUCT菜单中选择Analyses/Studies，系统弹出AnalysesandDesignStudies对话框。（2）在AnalysesandDesignStudies对话框中选择File|NewStatic…，系统弹出StaticAnalysisDefination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-PassAdaptive。（6）切换到Output，在Plot中将PlotGrid设置为6，如图2.16所示。·10·图2.16（7）单击OK完成静态分析任务的定义。（8）系统回到AnalysesandDesignStudies对话框，此时AnalysesandStudies中出现了前面建立的分析任务，名称为struct，类型为Standart\Static，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（或者直接单击命令图标），进行上述的设置，如图2.18所示。第2章入门实例·11·图2.18（2）选择AnalysesandDesignStudies对话框的Run|Start（或者单击图标），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）分析任务开始执行，屏幕会闪动几次，最终会在信息栏中出现“Thedesignstudyhasstarted.”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…（或者单击图标），查看运算过程信息。当信息中显示计算完毕（RunCompleted）后单击Close按钮关闭对话框。（6）单击AnalysesandDesignStudies对话框中的Close按钮关闭对话框。步骤三：计算结果显示（1）在MECSTRUCT菜单中选择Resulsts，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|ResultWindow（或者直接单击上方工具栏中的图标），系统弹出ResultWindowDefinition对话框。在Name中填入init_stress，在Title中填入VonMisesStressofBracket，如图2.20所示。图2.20（3）在StudySelection中的DesignStudy下方单击按钮，选择上面完成的分析Struct，单击Open按钮。（4）系统回到ResultWindowDefinition对话框，如图2.21所示。（5）在Displaytype中选择Fringe，在Quantity中选择Stress，在Component中选择VonMises，意即以云图·12·的形式显示VonMises应力。图2.21（6）在图2.21对话框下部区域切换至DisplayOption，勾选ContinuousTone，如图2.22所示。图2.22（7）单击OK关闭对话框，完成结果窗口init_stess的定义。（8）从图2.19中选择主菜单Insert|ResultWindow（或者直接单击上方工具栏中的图标），系统弹出ResultWindowDefinition对话框，在Name中填入Init_disp，在Title中填入DisplacementofBracket，如图2.23所示。图2.23（9）在StudySelection中的DesignStudy下方单击按钮，选择上面完成的分析Struct，单击Open按钮。第2章入门实例·13·（10）系统回到ResultWindowDefinition对话框。（11）在Displaytype栏中选择Fringe，在Quantity中选择Displacement，在Component中选择Magnitude。（12）将对话框下部区域切换