《Pro_ENGINEER企业实施与应用》第6章：结构和热力分析new.ppt

第6章 结构/热力分析 传统的设计方法，常常使用大量的计算来确定零件的材料、尺寸、外形和截面形状等，使零件满足强度、刚度和疲劳强度的要求。这种验证零件是否满足力学要求的过程，就是在解决零件结构问题。零件的结构一直是零件设计中的重点。一个成功的结构设计不仅是让零件满足力学要求，还要使结构合理、质量轻、用料省。另外，某些零件还要满足导热、散热的需求。因此在设计中常常消耗较多时间对零件的力学和热力学性能进行计算和试验。 Pro/ENGINEER的结构分析模块Pro/Mechanica是一个使用有限元法进行结构设计的模块，设计人员可以在此模块的协助下，得以更深入地了解产品力学和热力学性能，然后进行修正或优化，不仅可缩短设计时间，也能有效地降低成本。 6.1 结构/热力分析概述 6.1.1 Pro/Mechanica简介 Pro/Mechanica是一个基于有限元法的软件。有限元法以弹性力学为基础，将一个连续系统(物体)分隔成有限个单元，对每一个单元给出一个近似解，再将所有单元按照一定的方式进行组合，来模拟或者逼近原来的系统或物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化成一个离散的有限自由度问题分析求解的一种数值分析方法。 Pro/Mechanica包含以下两个模块。 Pro/Mechanica Structure：专门用来进行零件和组件模式下的结构分析，其分析种类有静态分析、模态分析、屈曲分析、接触分析、预应力分析及振动分析等。 Pro/Mechanica Thermal：专门用来进行零件和组件模式下的稳态和温度分布，也可以根据热力状态进行灵敏度分析和优化设计。 6.1.2 进入和退出Pro/Mechanica模块 在当前有一个零件或装配模型的前提下，可进入Pro/Mechanica模块，方法如下。 (1)选择菜单栏 命令，弹出单位确认对话框，如图6-1所示。单击 接受当前单位设置。 (2)在随后弹出的“模型类型”对话框中可以指定结构分析的类型，如图6-2所示。 (3)单击 进入结构模块集成模式界面，此时Pro/ENGINEER右工具栏出现结构模块的按钮，同时菜单栏中 菜单也出现关于结构模块的命令，如图6-3所示。 6.1.3 结构分析的一般步骤 进行结构分析的一般步骤如图6-4所示。 1. 创建模型 2. 分析模型 3. 定义设计变更 4. 优化分析研究 5. 升级模型 6.2 设置单位和材料 6.2.1 设置单位 6.2.2 设置材料 在第2章提供的零件模板中，我们设置了缺省材料为钢，使用此模板创建的零件进入到Pro/Mechanica里来做分析时，其材料属性也随之继承过来。若要在进入Pro/Mechanica后指定或改变零件的材料属性，可先单击右工具栏按钮，弹出“材料”窗口，如图6-6所示。 6.3 定 义 约 束 “约束”是根据工程的实际情况，对结构的点、线、面的自由度所做的限定。处于工作状态的零件，其自由度可能被限制一部分，也可能被全部限制，因此在进行结构分析之前，应至少定义一个约束以限制零件的某些自由度。在Pro/Mechanica的结构分析中的约束类型有：点约束、线约束、面约束、镜像约束和圆周对称约束。 6.3.1 点、线、面约束 点、线、面约束在Pro/Mechanica中通称为位移约束，它们是最基本的约束类型，也是实际应用中最常用到的。 单击右工具栏按钮，弹出Constraint对话框，如图6-10所示。 建立约束后，在视图区域会显示出约束的符号，如图6-11所示。 6.3.2 镜像约束和圆周对称约束 镜像约束和圆周对称约束统称为对称约束。对具有对称结构的模型，对称约束允许只分析其中的一部分，这样可以减少网络面和分析的时间。不过，参与分析的模型必须严格具有以下特性，才能采用对称约束： 模型几何上必须严格对称。 载荷要对称。 其他约束要对称。 材料属性要相同。 1. 镜像约束 2. 圆周对称约束 6.4 定 义 载 荷 载荷(load)是施加到整个或部分结构的力、压强、数度、加速度或力矩。它和约束一样，也是进行结构分析必不可少的重要依据，载荷的大小直接影响着零件的应力和变形等。在分析之前，至少应在模型的1个区域上定义载荷。 在Pro/Mechanica的结构分析中提供多种形式的载荷来模拟真实的受载情况，可选择的载荷类型有下列几种：①点、线、面载荷，②压强载荷，③轴承载荷，④重力载荷，⑤离心力载荷，⑥全局温度载荷。 6.4.1 点、线、面载荷 点、线、面载荷可用来表示零件上点、线、面受力或力矩的大小和方向。在Pro/Mechanica结构分析中单击右工具栏按钮，弹出Force/Mome