Pro／E的结构分析、热力分析学习与使用经验

2 Mechanica操作步骤
●认知Mechanica操作命令架构 集成模式前处理、分析步操作界面 ●集成模式一般操作步骤 (1) Pro/E环境导入或创建几何模型 (2) Pro/E模型简化：隐含、对称 (3) 单位制确认 (4) 进入Mechanica集成模式 (5) 定义、分配材料属性 (6) 模型理想化 (7) 指定约束和载荷 (8) 定义分析、运行分析、结果 后处理 (9) 定义设计参数、测量，定义 、运行灵敏度和优化研究，结果 后处理 (10) 更新模型 集成模式结果用户界面
Pro/Mechanica 结构·热模拟
学习提纲
mikebrown888@
目录
课程内容 1 Mechanica简介 2 分析和优化过程例示 3 前处理（模型部分） 4 前处理（条件部分） 5 分析步（验证设计） 6 分析步（优化设计） 应用实例与使用经验 13 典型应用实例 14 使用经验 7 结果后处理 8 热模拟 9 组合分析的实现 10 高级结构分析 11 FEM格式 12 独立模式
The Standard is downloaded from Standard Sharing
3 前处理（模型部分）
★ Pro/E模型的简化
隐含对模拟影响不大的特征，如外观 倒角及圆角、小孔、槽等。 对称特征处理
★ Mechanica模型类型
结构：3D、2D（平面应力、平面应变、 热：3D、2D（平板、单位深度、轴对称） 轴对称）
○ 接触分析
在指定载荷及约束作用下，计算变形、应力、 应变、接触压力和总接触面积。接触分析中载荷 与结果（变形、应力）之间是非线性的。
10 高级结构分析功能 b（基于线性静态分析）
○ 预应力静态分析
用于模拟预紧或预应力作用对模型的变形、应力和应变的影响，可以测定零件预加载荷后产生加固 还是弱化效果
◆工作方式
集成模式(设计应用界面)：Pro/E固有模式（缺省）和FEM模式 独立模式(专业CAE软件界面)
◆ Mechanica技术基础
适应性P-method技术 三种收敛方式：快速检查、SPA、MPA
1 Mechanica简介（2） ◆结构·热模拟知识
The Standard is downloaded from Standard Sharing
●结果报告
可打印结果，可以输出图片、VRML、HTML、报告文本文件、电子表格图文件、MPEG动 画文件。
The Standard is downloaded from Standard Sharing
8 热模拟
■ 命令说明及分析类型
插入：热载荷、规定温度、对流条件、辐射条件（仅FEM模式）、热对称约束 分析类型 稳态热模拟：给出热载荷、对 流条件， 计算结构件的温度场。 瞬态热模拟：给出随时间变化的热载荷 函数与（或）对流条件， 计算结构件的温度场随 相应时间变化的函数。
● 集成模式和独立模式的比
集成模式 工作界面 模式切换 更新Pro/E 模型 命令选项 Pro/E类似界面，有 Pro/E基础易于上手 可切换到独立模式 与pro/E无缝集成， Pro/E模型自动更新 独立模式 专业CAE界面，需 全新学习 不能切换到集成模式 只能手动修改Pro/E 模型
独立模式的某些功能 所有命令皆可用，功 命令不可用 能更强
The Standard is downloaded from Standard Sharing
10 高级结构分析功能 a（基于线性静态分析）
○ 屈曲分析
使用线性静态分析结果确定结构 将要弯曲时的临界载荷以及弯曲开始时 的应力、应变和变形。
○ 大变形静态分析
当变形比载荷对模拟的影响大时， 可用大变形分析计算几何非线性问题。 如悬臂梁。
第三方软件 Ansys MSC.Nastran 变量名 Pro_ansys_path Nastran_path 变量值 D:\ansys Inc\ANSYS61\bin\intel\ANSYS.exe D:\MSC.software\…\MSC.Nastran 2001\bin\nastran.exe
■ 两类特殊问题
平面问题的几何、材料、约束和载荷 对称问题的几何、材料、约束和载荷
The Standard is downloaded from Standard Sharing
5 分析步（验证设计）
▲ 分析类型 △ 基本类型：静态、模态、稳态热 △ 高级类型： 大变形、接触、屈曲、疲劳、预应力（静态、模态）； 结构动力学（动态时域、动态频域、动态随机、动态冲击）； 瞬态热 ▲ 静态分析 计算在指定载荷、约束响 应下的变形、应力和反作用。 ▲ 模态分析 计算模型的固有频率 和振型。
The Standard is downloaded from Standard Sharing
12 独立模式
● 概述
独立模式是 Mechanica的专 业工作环境，其界面、操作方式和 大型专业CAE软件类似。用过大型 专业CAE软件的分析工程师可以很 快学会操作，一般设计人员学习独 立模式既可以为将来使用大型专业 CAE软件打下基础，又表明 Mechanica应用达到了较高水平。
● 了解 Mechanica分析、优化的条件和功能，为提出适合 Mechanica应用 范围的工程分析项目奠定基础。 ● 分析工程项目的已知条件、未知条件，构建物理模型，明确计算的精度 要求、计算机硬件和设计人员使用 Mechanica的水平、经验，选择合适的 分析模式（集成模式的自然模式或FEM模式、独立模式）。 ● 深入理解 Mechanica的计算原理，为工程项目模拟结果的可信度提供科 学依据，有条件时将模拟结果和实物样机试验结果进行对比，找出模拟结果 偏高或偏低的原因（算法原因、创建模拟模型时的工程假设原因）、模拟的 局限性，提高 Mechanica模拟的实用性。 ● 将 Mechanica模拟知识、项目工程知识、模拟结果和实际试验结果的对 比分析等进行全面总结，根据行业、公司标准等形成符合工程要求的工程项 目分析报告，为工程项目提供设计、生产依据，为 Mechanica的使用提供 效益证明。
本学习资料整理时参考了: PTC的结构热模拟教材 祝凌云等编著的运动仿真和有限元分析 张继春等编写的结构分析 二代龙震工作室编写的机构运动结构热力模拟 等等资料，在此一并表示感谢。 希望这个小资料对大家学习Pro/E的Mechanica模块 能够起到提纲挈领、抛砖引玉的作用。
○ 预应力模态分析
使用静态分析结果计算模型的固有频率和振型。
○ 疲劳分析
确定模型上作用循 环载荷时是否受疲劳损 害影响。 利用疲劳顾问 可进行满足疲劳特性条 件的零件优化设 计，也 可以和其它分析（静态、 模态、振动等）一起 对 零件进行综合评价。
The Standard is downloaded from Standard Sharing
6 分析步（优化设计）
● 灵敏度研究 ○局部灵敏度研究
确定出重要设计参数
○全局灵敏度研究
确定合理的设计参数变化范围
● 优化研究 ○目标（不定义目标时称为可行性研究） ○约束条件 ○设计参数 ○测量
The Standard is downloaded from Standard Sharing
7 结果后处理（1）
● 后处理途径
○摘要文件信息 ○结果用户界面
●使用结果用户界面
结果用户界面和 Mechanica 工作界面相互独立，设置结果时必须要依 附一个分析或研究，利用结嵌入工作流可方便设置结果形式。 查看结果：定义结果窗口、显示和隐藏窗口、在屏幕和报告中出现情况 评价结果：探查指定点、段，比较结果量、条件组合等 保存窗口：回顾、再利用，保存、保存为、保存为模板 生成报告：生成打印或在线的评价和表达报告
1 Mechanica简介（3） ◆软件安装设 ◇ Pro/E和Mechanica的链接 2001版本：安装Pro/M时指定Pro/E安装路径 野火版本：安装Pro/E时指定Pro/M安装路径 注：也可以通过编辑.psf文件实现，如WF2： 打开bin目录下的proe2.psf文件，编辑语句 ENU=MECH_LP=d:\ptc\mechwildfire2.0 ◇FEM模式Ansys和Nastran软件的设置（见11章）
10 高级结构分析功能 c（基于模态分析的结构动力学分析）
11 FEM模式
● 概述 FEM模式是 Mechanica与大型专业CAE软件之间的链接工作方式， 是集成模式的另一种求解模式，首先建立有限元分析模型，然后利用第三 方有限元解算器（Ansys或 MSC.Nastran）进行有限元分析，并将计算结 果在Pro/E中显示，即FEM模式可以完成有限元分析的前、后处理功能。 ● FEM模式工作流程 建立有限元模型→定义分析任务→网格划分（H-Method技术）→第 三方求解器求解→ Mechanica结果后处理 ●第三方解算器设置 ○ 拥有第三方解算软件许可并正确安装软件 ○ 环境变量设置，例如：
★ Mechanica模型的理想化
单元：实体、壳、壳对（中间曲面）、 梁、 质量、弹簧 连接：焊缝、点焊、刚性、接触区域、 界面、紧固件 创建模拟特征、平面区域和体积块区域 实体（四面体、楔形体、立方 网格 体） 类型 （自 中间曲面（三角形、四边形） 动、 手动 划分） 实体和中间曲面混合
4 前处理（条件部分）
13 典型应用实例
●验证和优化支架 ●活塞疲劳分析 ●控制器模块结构和热组合分析
●火箭发动机喷嘴 瞬态热分析
● Mechanica 独立模式 自行车架分析优化
The Standard is downloaded from Standard Sharing
14 使用经验总结
● 独立模式工作流程
(1) 创建几何模型和有限元模型：启动 Mechanica独立模式→建立几何模型→设 置模型类型（或者：Pro/E建模→ Mechanica集成模式→ Mechanica独立模式） →网格划分→定义材料→定义约束→定义载荷 (2) 建立、运行静态、模态分析任务、查看结果 (3) 建立运行灵敏度分析、优化研究，查看结果