机构分析与优化的基本流程：钢板模型的有限元分析实例

对于基本和有限元模式，都是按照一定的分析流程进行分析。机构分析及优化的基本工作流程如下所示：

1.基本模式（Native Mode）

2.有限元模式（FEM Mode）

本节将通过简单的结构分析实例，使您对Proe/Engineer的有限元分析模块产生一个总体和清晰认识，并在第一时间看到显示器上的仿真画面。

下面以如图6.3所示模型为例，解决结构分析的流程。模型为钢板材料为Q235A，其左侧与固定墙焊接在一起，右侧圆柱销子承受向下100N的力，分析该模型的应力分布和受力变形。

图6.3 结构模型

1.建立模型

（1）选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建（N）】命令，系统弹出“新建”对话框，在【名称】文本框中键入a，取消【使用缺省模板】复选按钮，单击【确定】按钮，系统弹出“新文件选项”对话框。

（2）在【模板】选项组中选择mmns_part_solid，单击【确定】按钮，进入零件设计平台。

（3）单击“基础特征”工具栏上的【拉伸】工具按钮。

（4）在信息栏中单击【放置】选项卡，系统展开放置选项卡，如图6.4所示，单击【定义】按钮，系统弹出“草图“对话框，如图6.5所示。

图6.4 放置选项卡

图6.5 “草图“对话框

（5）在工作区中，选择TOP面作为绘图平面，系统自动进入草图绘制工作台，绘制如图6.6所示轮廓，单击【草图绘制工具栏】中的【完成】按钮，返回零件设计平台。

（6）在信息提示栏中【输入】文本框中键入5，单击【完成】按钮，完成模型零件的设计，效果如图6.7所示。

图6.6 草图图

图6.7 零件模型

（7）选择菜单栏中的【应用程序（P）】→【Mechanica】命令，系统弹出“Mechanica模型设置”对话框，在【模型类型】下拉列表框中选择“Struture”选项，其他选项为默认值，单击【确定】按钮，进入机构分析模块。

（8）单击“Mechanica对象”工具栏上的【材料分配】工具按钮，系统弹出“材料指定”对话框，如图6.8所示，单击【属性】选项组中【更多】按钮，系统弹出“材料”对话框，如图6.9所示。

（9）双击对话框列表中的“sreel.mtl”，使其添加到右侧列表中，单击【确定】按钮。

（10）在“材料指定”对话框中，单击【确定】按钮，材料就分配到模型中。

（11）单击“Mechanica对象”工具栏上的【力/力矩载荷】工具按钮，系统弹出“力/力矩载荷”对话框，如图6.10所示。

图6.8 “材料指定”对话框

图6.9 “材料”对话框

（12）在【参照】下拉列表框中选择“Edges/Curves”选项，在3D模型中选择孔Ø15的边，在【力】选项组中【Y】文本框中键入-1000，单击【确定】按钮，效果如图6.11所示。

图6.10 “力/力矩载荷”对话框

图6.11 加力后的模型

（13）单击“Mechanica对象”工具栏上的【平面约束】工具按钮，系统弹出约束对话框，如图6.12所示。

（14）在3D模型中选择模型与固定墙连接的固定面，被添加到【参照】列表框中，单击【确定】按钮，完成零件约束的设置。

（15）单击“Mechanica对象”工具栏上的【壳对】工具按钮，系统“壳对定义”对话框，如图6.13所示。

（16）在3D模型中选择上表面，被添加到【参照】选项组中【顶部曲目】列表中；在3D模型中选择下表面，被添加到【参照】选项组中【底部曲目】列表中。

（17）其他选项为默认值，单击【完成】按钮，完成零件的理想化。

2.分析模型

（1）选择菜单栏中的【分析（A）】→【Mechanica分析/研究】命令，系统弹出“分析和设计研究”对话框，如图6.14所示。

图6.12 “约束”对话框

图6.13 “壳对定义”对话框

（2）在“分析和研究设计”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建静态分析】命令，系统弹出“静态分析定义”对话框，如图6.15所示。

图6.14 “分析和设计研究”对话框

(www.xing528.com)

图6.15 “静态分析定义”对话框

（3）在“静态分析定义”对话框中，选中【约束】列表框中的“ConstraintSet1”约束，使其高亮显示；选中【载荷】列表框中的“LoadSet1”载荷。

（4）单击【输出】选项卡，勾选【计算】选项组中的【应力】、【旋转】、【反作用】复选框，单击【确定】按钮，完成静态分析定义设置。

（5）在“分析和设计研究”对话框中，选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】按钮，系统弹出“Question”对话框，如图6.16所示。

图6.16 “Question”对话框

（6）单击【确定】按钮，分析开始，大约分析几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，如图6.17所示，列表框中列出分析过程，单击【关闭】按钮。

（7）单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】工具按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框，如图6.18所示。

图6.17 “诊断”对话框

图6.18 “结果窗口定义”对话框

（8）在对话框中，【量】选项卡中选择“Stress”选项，【分量】下拉列表框中选择“Maximum Shear Stress”选项，其他选项为默认值，单击【确定并显示】按钮，系统进入结果显示窗口，分析结果如图6.19所示。

（9）单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】工具按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框，单击【显示选项】选项卡。

（10）勾选【连续色调】、【已变形】、【动画】、【自动启动】复选框，如图6.20所示。

（11）在“结果窗口定义”对话框中，单击【确定并显示】按钮，系统进入分析结果显示窗口，受力后变形动画参见目录下example_1文件夹下的2009-03-0820-59-04.avi视频文件，最大形变如图6.21所示。

3.定义设计变量

（1）选择菜单栏中的【分析（A）】→【Mechanica分析/研究】命令，系统弹出“分析和设计研究”对话框。

（2）在“分析和研究设计”对话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建敏感度设计研究】命令，系统弹出“敏感度研究定义”对话框，如图6.22所示。

图6.19 应力分析结果

图6.20 “结果窗口定义”对话框

图6.21 最大形变

图6.22 “敏感度研究定义”对话框

（3）在“敏感度研究定义”对话框中，单击【变量】选项组中列表框右侧【从模型中选取尺寸】按钮，系统弹出“选取”对话框，在3D模型中选取a.prt，然后在选取尺寸20，系统自动返回“敏感度研究定义”对话框。

（4）单击列表框中【开始】与【终止】列下的文本框，设置开始为10，终止为30，单击【确定】按钮，完成设计变量的设计。

4.优化设计

（1）在“分析和设计研究”对话框中，选中“study1”选项，选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，或单击工具栏上的【开始】按钮，系统弹出“Question”对话框。

（2）单击【确定】按钮，分析开始，大约分析几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，列表框中列出分析过程，单击【关闭】按钮。

（3）单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】工具按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框，如图6.23所示。

（4）单击【参数】按钮，选择“max_stress_vm”选项，其他选项为默认值，单击【确定并显示】按钮，系统进入结果显示窗口，分析效果如图6.24所示，随着角度的增大最大应力逐渐减小。

图6.23 “结果窗口定义”对话框

图6.24 最大应力与角度曲线

（5）选择菜单栏中的【文件（F）】→【退出结果（X）】命令，系统弹出“消息”对话框，询问是否保存当前结果窗口，单击【否（N）】按钮，返回到“分析和设计研究”对话框。

（6）在列表框中，选中“study1”选项，选择菜单栏中的【编辑（E）】→【分析和研究】命令，系统弹出“敏感度研究定义”对话框。

（7）单击对话框中【变量】选项组右下角【选项】按钮，系统弹出“设计研究选项”对话框，如图6.25所示，勾选【重复P环收敛】和【每次形状更新后进行网格重划】复选框。

（8）单击【模型动画造型】按钮，系统弹出“消息输入窗口”对话框，如图6.26所示，在文本框中输入Y，单击【接受值】按钮。

图6.25 “设计研究选项”对话框

图6.26 “消息输入窗口”对话框

（9）系统弹出“问题”对话框，如图6.27所示，询问是否将模型恢复为原始形状，单击【否（N）】按钮，模型变成如图6.28所示。

图6.27 “问题”对话框

图6.28 优化后的模型