ProEMechanica有限元分析入門教程

1、 Pro/EMechanica有限元分析入門教程一、進(jìn)行Mechanica分析的步驟：1）建立幾何模型:在Pro/ENGINEER中創(chuàng)建幾何模型。2）識(shí)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(shí)體模型。我們?yōu)榱藴p小模型規(guī)模、提高計(jì)算速度，一般用面的形式建模。3）定義模型的材料屬性。包括材料、密度、彈性模量、泊松比等。4）定義模型的約束。5）定義模型的載荷。6）有限元網(wǎng)格的劃分：由Pro/MECHANICA中的AutoGEM（自動(dòng)網(wǎng)格劃分器）工具完成有限元網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。7）定義分析任務(wù)，運(yùn)行分析。8）根據(jù)設(shè)計(jì)

2、變量計(jì)算需要的項(xiàng)目。9）圖形顯示計(jì)算結(jié)果。二、下面將上述每一步進(jìn)行詳解：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”“Mechanics”，彈出下圖所示窗口，點(diǎn)擊Continue繼續(xù)。彈出下圖，啟用MechanicsStructure。一定要記住不要勾選有限元模式前面的復(fù)選框，最后確定。2、More，選取材料Name為材料的名稱；References參照Part(Components)零件/組件/元件Volumes體積/容積/容量；Properties屬性Material材料；點(diǎn)選后面的More就可以選擇材料的類型MaterialOrientation材料方向，金屬

3、材料或許不具有方向性，但是某些復(fù)合材料是纖維就具有方向性，可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置方向及其轉(zhuǎn)角。點(diǎn)選0K,材料分配結(jié)束。3、定義約束1):位移約束點(diǎn)擊紀(jì)出現(xiàn)下圖所示對(duì)話框，Name約束名稱NumberofSet約束集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。Reference施加約束時(shí)的參照，可以是surfaces（面）、edges/curves（邊或曲面）、points（點(diǎn)）CoordinateSystem選擇坐標(biāo)系，默認(rèn)為全局坐標(biāo)系Translation平動(dòng)約束（Free為自由，fixed為固定，Prescribed為指定范圍）Rotation旋轉(zhuǎn)約束單位為度 # Individual單獨(dú)的、孤立

4、的SurfOptions面選項(xiàng)PartBoundary零件的選擇。點(diǎn)擊0K結(jié)束。2)纟紀(jì)對(duì)稱約束點(diǎn)擊纟紀(jì)出現(xiàn)下圖所示對(duì)話框,Name約束名稱NumberofSet約束集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。Type約束類型有Mirror（鏡像）和Cyclic（循環(huán)）對(duì)稱兩種類型Reference施加約束時(shí)的參照，可以是surfaces（面）、curves（曲面）、points（點(diǎn)）等,點(diǎn)擊0K結(jié)束。4、定義載荷集中力或力矩載荷分布力載荷軸承力籤荷重另聶荷離心力載荷熱載福1加載集中力或力矩，點(diǎn)擊*，出現(xiàn)Name基本載荷工況名稱NumberofSet載荷集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。Re

5、ference施加載荷時(shí)的參照，可以是surfaces（面）、edges/curves（邊或曲面）、points（點(diǎn)）等Properties選擇坐標(biāo)系，默認(rèn)為全局坐標(biāo)系A(chǔ)dvanced點(diǎn)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(diǎn)上加載；載荷的大小可以用函數(shù)來控制，使得載荷的施加非常方便。Distribution分布TotalLoad總載荷ForcePerUnitLength單位長(zhǎng)度載荷AtPoint載荷作用于一點(diǎn)SpatialVariation空間變化Uniform均勻分布FunctionofCoordinates使用函數(shù)分布InterpolatedPoint

6、Loads使用插值定義分布，在SurfaceLoad中無此選項(xiàng)Force為力，Moment為力矩2）仔加載分布力，點(diǎn)擊庫(kù)，出現(xiàn)Name基本載荷工況名稱NumberofSet載荷集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。Reference施加載荷時(shí)的參照，只能選擇surface（面）Advanced點(diǎn)擊該按鈕后，可以選擇載荷的加載方式?？梢跃鶆蚣虞d，可以用函數(shù)加載，也可以通過外部.fnf格式的文件加載Value為加載的值3）軸承載荷Name基本載荷工況名稱NumberofSet載荷集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。BearingHoleHole/Pin為孔或銷釘（注：圓孔不能夠定義力矩）4）

7、D1加載重力載荷，點(diǎn)擊D1,出現(xiàn)下圖對(duì)話框,Name重力載荷名稱NumberofSet載荷集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。CoordinateSystem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5）離心載荷Name離心載荷名稱NumberofSet載荷集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱。RotationOriginandCoordinateSystem旋轉(zhuǎn)原點(diǎn)和坐標(biāo)系的選擇，默認(rèn)為全局坐標(biāo)系A(chǔ)ngularVelocity角速度大小及方向AngularAcceleration角加速度方向及大小6）熱載荷Name離心載荷名稱NumberofSet載荷

8、集名稱，點(diǎn)擊New可以新建約束集的名稱ReferenceTemperature參照溫度是模型未受力或自由狀態(tài)時(shí)的環(huán)境溫度。5、定義idealizations1）0:殼單元點(diǎn)擊，彈出下圖所示窗口,Name殼單元名稱TypeSimple（簡(jiǎn)單）和Advanced高級(jí)兩種類型，高級(jí)中可以定義材料方向Reference定義殼單元時(shí)的參照Surfaces（面）Properties屬性Thickness為理想化的厚度Material材料定義同材料分配一樣。2）回：梁點(diǎn)擊0,彈出下圖所示窗口Name梁?jiǎn)卧QType默認(rèn)為梁?jiǎn)卧猂eference定義殼單元時(shí)的參照PointPoint點(diǎn)到點(diǎn)PointSurf

9、ace點(diǎn)到面Point-Edge點(diǎn)到邊Chain(Feature./patternofPoint)特征鏈Edge/Curve邊/曲線Point-Pointpairs點(diǎn)到點(diǎn)對(duì)Materials梁?jiǎn)卧牟牧螾roperties定義梁?jiǎn)卧腨軸方向Section截面Orientation方向Release自由度限制Section右側(cè)的More可以對(duì)截面進(jìn)行編輯，使用截面定義對(duì)話框的Type下已有的形狀并輸入?yún)?shù)即可滿足大多數(shù)的需要，特殊情況可以用草繪直接定義，Orientation使用此功能可以定義截面的OrientationAngle（旋轉(zhuǎn)角度）及Beam與參照之間的Offsets（偏距） # #

10、ShapeOrigin圖形原點(diǎn) # #sys修剪中心與活動(dòng)的坐標(biāo)系有關(guān)ShearCenterWithrespectRelease自由度限制tothebeamactioncoordinator # # # #Translation位移Rotation旋轉(zhuǎn) # #3）彈簧 # Name彈簧名稱Reference參照，可以是Point-Point（點(diǎn)到點(diǎn)）Point-surfaces（點(diǎn)到面）、pointsedges（點(diǎn)到邊）Point-Pointpair點(diǎn)對(duì)等Type類型有simple（簡(jiǎn)單）和advance（高級(jí)）及Toground（大地）Properties為彈簧的屬性Extensionals

11、tiffness彈力系數(shù)。TorsionalStiffness扭力系數(shù)4）質(zhì)點(diǎn)：在只考慮重力而可以忽略形狀時(shí)，就使用Mass對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化assDefinition.1X11N：=uneMassiJLhtererLCHEFoint(s)k|NotSelectedTypeSimple0.riupHI1.1lassjr|OK|Cancel在類型為Simple時(shí)可以直接輸入質(zhì)量大小。類型為Advance時(shí)，可以選取已定義的Mass屬性或點(diǎn)擊More按鈕創(chuàng)建新的質(zhì)量屬性，可以定義慣性矩MomentofInertiaComponent為元件/組件6、定義連接形式1）口:連接形式點(diǎn)擊，出現(xiàn)下圖所示窗口Na

12、me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(shí)的參照，可以是Surface-Surface（面和面）之間連接，也可以是PartPart（零件和零件）之間連接2）1C：剛性區(qū)域點(diǎn)擊01彈出下圖所示窗口Reference定義連接時(shí)的參照，可以是Points（點(diǎn)）Edges/Curves（邊和曲面）Surface（面）剛性區(qū)域可以模擬鉸軸連接，代替ALGOR、ANSYS中桿梁組合模擬鉸軸的形式。3）焊接連接類型有EndWelds端面焊接（通過選取兩面創(chuàng)建）SurfaceSurface面到面PerimeWelds周邊焊接（選取兩曲面及邊線創(chuàng)建）SpotWelds點(diǎn)焊縫（

13、通過選取兩曲面及點(diǎn)創(chuàng)建）Point為選取的點(diǎn)，Diameter為點(diǎn)焊的直徑大小Material為材質(zhì)4）WeightedLink連接是一個(gè)內(nèi)插約束元素，該元素將在一個(gè)單一來源節(jié)點(diǎn)上取得質(zhì)量和載荷，然后再將它們分配到一個(gè)集中的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上。A、受力連接將以平衡的方式來分配質(zhì)量和載荷，B、受力連接將幫助我們控制通過分配到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)全局群組上的自由分配C、受力連接將僅有一個(gè)來源點(diǎn)，該來源結(jié)點(diǎn)將跟隨目標(biāo)結(jié)點(diǎn)群組而運(yùn)動(dòng)。0KeightedLin,WeightedLinklC：=LTLcelDependerLtSideF0intSelectedIrLileperLilentSidePoint(s)菜單管理器S

14、IMSELECTSingleFentureF：QtternIndependentside獨(dú)立的邊：參照，可以是surfaces（面）、edges/curves（邊或曲面）、points（點(diǎn)）dependentside依賴的邊（Point點(diǎn)）5、ContactDefinition接觸連接即為：SurfaceSurface面與面的接觸6）緊固件連接；緊固件（Fastener）連接將以加入兩個(gè)組件來模仿螺栓或螺絲連接，使用緊固件連接可以在組件以載荷路徑來模擬各個(gè)螺栓或螺絲所能載荷的量。緊固件連接無法再有限元和Thermal模塊中使用。Ed趙衛(wèi)I熱J咽SeiectedProperti已三ji：jJTi

15、t：termmJ:mterial三v|M贏:enerDefinitionFener1RefererLceEBolt41舉2ofKoIhe)SimpleReference：bolt（edgesofholes）螺釘（孔的邊緣）Bolt（pointofsurface）面上的點(diǎn)Screw（edgesofholes）螺絲釘（孔的邊緣）Type:Simple（簡(jiǎn)單）將使用指定的材料和軸直徑來創(chuàng)建緊固件。系統(tǒng)根據(jù)有關(guān)零件固定分離（即保證零件不互相貫穿）、旋轉(zhuǎn)等不同的假設(shè)，以及單一的規(guī)格等所有緊固件的特征來開發(fā)的。Diameter直徑的大小Advanced（高級(jí)）如下圖：Stiffness剛度條件;A、Usi

16、ngmaterialanddiameter使用材料（material）和軸直徑（diameter）FixRotation固定選裝carriesshear是否包含剪力FixSeparation固定分離Automatic自動(dòng)on開Off關(guān)Includespreload是否包含預(yù)載荷B、UsingspringstiffnessProperty使用彈簧的剛度特性SpringProperty彈簧屬性FixSeparation固定分離Automatic自動(dòng)on開Off關(guān)7、曲面區(qū)域和體積塊區(qū)域蠢，surfaceregion采用草繪、曲線投影至曲面上的方法確定曲面區(qū)域。Volumesregion則是用實(shí)體特

17、征建立8、自動(dòng)幾何1）控制： ReferencesEdge(s)/Cm_ve(s)EHotSeihi：tedTyp?EdgeHistributigFrop卓tieNijniberoHudes底：二:wFirst/LastNudal工nterv：=LlE：ELtio1.0IPreventAdditiorL：dlITodesOK|CancelName名稱Type類型EdgesDistribution指定邊長(zhǎng)度用于多少個(gè)網(wǎng)格Minedgeslength指定最小弦長(zhǎng)Numberofnodes節(jié)點(diǎn)的數(shù)目First/lastNodalIntervalratio第一和最后節(jié)點(diǎn)的間隔比率PreventAddi

18、tionalNodes阻止附加的節(jié)點(diǎn)EdgeLength邊長(zhǎng)2）設(shè)置，用于對(duì)自動(dòng)劃分網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)置：InsertPoint允許插入點(diǎn)MoveordeleteExistingElements允許或移動(dòng)刪除點(diǎn)ModifyorDeleteExistingElements修改或刪除已存在的單元AutomaticInterrupt自動(dòng)終止CreateLinksWhereNeeded需要時(shí)自定創(chuàng)建關(guān)聯(lián)DetailedFilletModeling精細(xì)劃分倒圓角處DisplayAutoGEMMessages顯示自動(dòng)劃分信息DeleteMeshPointsWhenDeletingElements刪除單元后刪除網(wǎng)格

19、點(diǎn)ElementTypes單元的類型shellsQuad四邊形Tri三角形SolidsTetra四面體Wedge五面體Brick六面體Limits選項(xiàng)卡用于設(shè)定網(wǎng)格劃分的參數(shù)，如角度、寬度比等。3）顯示控制Settings選項(xiàng)卡：控制圖標(biāo)的顯示方式。DisplayNames顯示名字DisplayIconsWhileSpinning旋轉(zhuǎn)時(shí)顯示變形Icon變形LoadValue載荷值Distribution分布ArrowsScaled箭頭比例IndividualColors個(gè)別的顏色ArrowTailsTouching與箭頭尾部有關(guān)IconScale變形比率DisplayAutoGEMContro

20、ls顯示自動(dòng)幾何控制ShowSimulationEntities顯示模擬實(shí)體ModelingEntities控制簡(jiǎn)化及連接圖標(biāo)的可見性 Loads/Constraint控制約束及載荷圖標(biāo)的可見性 SetVisibility控制分組后的約束及載荷的顯示 Mesh選項(xiàng)卡：控制網(wǎng)格的顯示： 匸SiaulationDisplayXSttingsModelingEntitLoads/ConstrsLin.VisibilitMeshMezhEiitit讓三回Be：=utis0Linkm回MeshFuintzp/|Solids0ShellsMeshDizplayShrinkElementsyDisplayS

21、hellswithZeroThicRtlheeDisplayQu：=lLi+yOOneUJTl叼ShowSifrnilstionErLtiti已三MeshDisplay顯示網(wǎng)格ShrinkElement壓縮比例displayshellsWithZeroThickness用零厚度顯示殼DisplayQuality顯示的質(zhì)量Fine精巧的，Medium中間的Coarse一粗糙的9、定義分析帛前處理部分完成后，點(diǎn)擊，彈出下圖所示窗口， # #可以定義靜力、模態(tài)、翹曲、疲勞、預(yù)緊力、動(dòng)態(tài)分析、標(biāo)準(zhǔn)分析、敏感度分析、優(yōu)化分析研究。1、Static（靜態(tài)分析）根據(jù)約束載荷等條件計(jì)算模型的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等

22、內(nèi)容，可以有選擇性的創(chuàng)建對(duì)話框如下：對(duì)于載荷和約束，如果建立了多個(gè)組（set），則可有選擇性地使用，Single-pass-Adaptive首先使用費(fèi)低階多項(xiàng)式完成一次計(jì)算。估計(jì)出計(jì)算結(jié)果的精度，然后針對(duì)有問題的單元提高階數(shù)再計(jì)算一次，Multi-pass-Adaptive多次計(jì)算，每次都提高有問題的單元的階數(shù)，達(dá)到設(shè)置的收斂性精度或最高階數(shù)時(shí)為止，QuickCheck，粗略計(jì)算，檢查模型中可能存在的錯(cuò)誤 相對(duì)應(yīng)的漢語(yǔ)意思如下圖： 說明: # #約束組答約束集名稱元件截荷累計(jì)我離名稱元件 #ConstraintsetlMTANALYSISLoa.dSetlMTANALYSIS # #非線性慣性

23、止裂槽收數(shù)性輸出黔方法 2、）Modal去局部位移、局部應(yīng)變能和全局RMS應(yīng)力O局部位移和局部應(yīng)變能測(cè)量 Constraints是約束的名稱Constrained受約束Unconstrained無約束Withrigidmodesearch使用剛性模式搜索Modes模式NumberofModes模式數(shù)AllModesinFrequencyRange頻率范圍內(nèi)的所有模式NumberofModes模式數(shù)MinimumFrequency最小頻率MaximumFrequency最大頻率Output輸出和Convergence收斂性的都和上面的靜態(tài)分析的一樣，具體看上面的圖3、）Bucking翹曲分析分析

24、模型在受力時(shí)所產(chǎn)生的翹曲形變的位移及應(yīng)力，它需要使用之前所建立的Static（靜態(tài)分析）PreviousAnalysis前一分析UseStaticanalysisresultsfrompreviousdesignstudy使用來自前一設(shè)計(jì)研究的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果StaticAnalysis靜態(tài)分析Loadsset載荷集Output輸出和Convergence收斂性的都和上面的靜態(tài)分析的一樣4、）DesignStudy設(shè)計(jì)研究，組合之前所建立的分析，DesignStudy能夠找到模型參數(shù)和設(shè)計(jì)目標(biāo)之間的關(guān)系，以確定最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)，DesignStudy分為三種，Standard基本Sensitivit

25、y敏感度Optimization優(yōu)化Standard指定參數(shù)數(shù)值進(jìn)行分析，能夠指定參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行分析選取尺寸作為參數(shù)直接使用參數(shù)Sensitive用以判斷參數(shù)同設(shè)計(jì)目標(biāo)間的關(guān)系，敏感度分析分為全局敏感度(GlobalSensitive)和局部敏感度(LocalSensitive)全局敏感度分析，點(diǎn)擊Options按鈕后，運(yùn)算設(shè)置中的RepeatP-LoopConvergence方法，是使用增加單元內(nèi)插值多項(xiàng)式的階數(shù)來達(dá)到精度要求的方法。如果該選項(xiàng)被勾選，那么將獲取更精確的結(jié)果，但同時(shí)也將消耗更多的計(jì)算時(shí)間。 Optimization在設(shè)計(jì)目標(biāo)和限制條件下，尋找出最佳的設(shè)計(jì)參數(shù) # #Optim

26、ization最佳的優(yōu)化Feasibility可能性設(shè)計(jì)參數(shù)Options # OptimizationAlgorith最佳的運(yùn)算法則OptimizationConvergence最佳收斂性定義完分析類型后，點(diǎn)擊*即可進(jìn)行分析，在分析之前也可以點(diǎn)擊圏，預(yù)先生成網(wǎng)格，通過“自動(dòng)幾何”一“控制”菜單，對(duì)生成的單元類型及大小進(jìn)行調(diào)整。10、運(yùn)行設(shè)置點(diǎn)擊按鈕對(duì)運(yùn)行進(jìn)行設(shè)置，如下圖DirectoryforOutputFiles輸出文件路徑DirectoryforTemporaryFiles臨時(shí)文件路徑Element有限元格式UseElementFromExistingMeshFile使用單獨(dú)創(chuàng)建的網(wǎng)格CreateElementduringRun運(yùn)行過程中創(chuàng)建網(wǎng)格Us