《计算机辅助设计与制造》课件第13章.pptVIP

第13章零件结构尺寸的灵敏度

分析与优化

13.1简支梁挠度最小化问题分析

13.2机床夹具零件的结构优化设计

13.1简支梁挠度最小化问题分析

13.1.1技术背景介绍

图13-1所示的简支梁在重力作用下会产生挠变，其挠

变量的大小除与杆件梁的刚性有关外，还与两支撑点间的

距离及位置有关。我们从材料力学的知识可知，若被支撑

杆件梁的长度为L，且当被支撑的杆件梁的刚性一定，支

撑点与杆件梁的端部距离为2L/9时，杆件梁的挠变值为最

小。图13-1所示的简支梁，若设杆件梁的长度为1400mm,

按照上述的结论，当支撑点距梁端部约为311.11mm时，

该梁的挠变值应为最小。

图13-1简支梁及其挠变示意图

13.1.2实例操作

1.前期准备

在随书附带的光盘内，有一名为“Simpblebeam”的文

件夹，其内为创建好的范例，可将其在Pro/E软件中打开，

在“学习视频”文件夹内有名为“简支梁”的视频。

首先用拉伸的方法创建一个实体作为杆件梁的模型，

该实体的草绘截面图如图13-2所示。该草绘截面建议绘在

FRONT基准面上，且以RIGHT面与TOP面作为标注尺寸的

参照。拉伸的实体如图13-3所示。 拉伸的长度为700

mm(即杆件梁长度的一半，另一半将用对称约束表示)。

2.施加对称约束

点击图标后，系统即弹出一个对话框，如图13-5(a)所

示。我们将杆件梁坐标系所在一侧的端面用鼠标左键点击一

下，该端面即被选中，且该端面以红色显示，如图13-5(b)所

示。同时在对称约束对话框的下半部“References”栏会出现

“Surface”，如图13-5(c)所示，表明该表面已被选取，最后点

击按钮，对称约束便被施加，之后在施加表面会出现一

个图标，如图13-5(d)所示。

3.施加压力载荷

接下来用施加压力的方法模拟杆件梁的自重。点击压力施

加图标，系统会弹出一个对话框，如图13-6(a)所示。用鼠标

在杆件梁实体的上表面点击一下，该表面即以红色显示，之后

在对话框的“References”栏内会出现“Surface”，表明该上表

面已被选中，再在对话框的Value栏内设定压力值为15MPa，

如图13-6(c)所示。然后点击按钮，则在杆件梁实体的上

表面就会出现一个已施加的压力，如图13-6(d)所示。

4.施加约束

点击施加约束图标，会弹出如图13-7所示的对话框，

在“References”栏选取“Edges/Curves”，再选取图13-4所示

的基准线，则在对话框“References”栏的下方会出现“Curve”，

表明基准线已被选中，如图13-7所示。将Z轴方向的移动自

由度解除，然后点击按钮，则基准线上的约束已被施加，

如图13-8所示。

图13-7施加约束对话框

图13-8施加好的约束

5.设定材质

杆件梁材质设置为钢(STEEL)，设置的方法见前述，

在此不再赘述。

6.运行静态分析

在弹出的如图12-27所示的对话框中，在“Displaytype”

栏选取“Fringe(云图)”项，在“Quantity”栏内选取

“Displacement(位移)”项，在“DisplayOptions”栏内将

“ContinuousTone”项及“Deformed”项勾选，最后在该对话

框中点击，则出现图13-9所示的云图。

图13-9受力变形云图

7.运行局部灵敏度分析

点击图标，在弹出的对话框中点击下拉菜单“File”

→“NewSensitivityDesignStudy”，就会建立一个灵敏度分析，

如图13-10所示。

图13-10创建一个灵敏度分析

系统接着会弹出一个如图13-11所示的对话框，在该对话

框内点击“Type”栏内的图标，其内有两个选项，一个是全

局灵敏度分析(GlobalSensitivity)，另一个是局部灵敏度分析

(Local