机械优化设计常用软件整理
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Pro/E：功能强大的三维CAD/CAE/CAM（proe/nc ）一体化、集成化软件，涵盖产品从设计到制造的全 过程，可以迅速提高企业在产品工程设计与制造方面 的效率。
Pro/Mechanica ：有限元分析技术，CAE核心技术 之一。三大模块：结构分析、温度分析、运动分析。 利用有限元分析功能，发现零部件的薄弱部位，通过 变更设计参数来改变几何形状，从而得到最优结果。
通过运用Pro/MECHANICA对扳手进行平面、三维模型应力分析、敏 感度分析及优化设计，可以拓展到对于任何产品而言，在满足设计要 求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品机构、设计参数、结构 形状等参数进行优化设计，尽早发现设计中的缺陷，并验证产品功能 和性能的可靠性，使产品机构性能达到最佳状态。
5
5.1.4——扳手建模 5.1 风险管理概述
与实际模型相比，有限元模型作了适当简化。 模型是以FRONT平面为草图平面建立的实体拉伸特征，实体的厚 度为10mm，方向为向屏幕内侧生成。
6
5.1.4——平面应力分析
• 进入Pro/Mechanica工作环境
7
5.1.4——定义材料厚度
8
5.1.4——定义约束载荷
扳手厚度（d0）10尺寸，手柄宽度（d10）12.5尺寸
11
5.1.4——灵敏度分析
接下来会自动进行局部灵敏度和全局灵敏度分析
优化的目的是在设计结构时以减 轻产品重量为最高原则，而通过 应力分析条纹图可知扳手尾端对 应力的影响最小，因此在扳手尾 端增加一个φ10的通孔。
12
5.1.4——优化设计
19
建立优化分析的参数
完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果 在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用 分析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分 析方法的起点，且对于优化过程参数在数据库中可以在GUI 下进行操作，便于定义优化变量。
进入OPT指定分析文件
该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。
Pro/Mechanica Structure：进行零件模型和装配模 型的结构分析和优化分析。
2
5.1.2proe优化设计步骤
平面 应力分析
三维建模
PROE优化设计 步骤
三维模型 应力分析
优化设计
Fra Baidu bibliotek
灵敏度分析
3
5.1.3PROE优化设计实例
5.1 风险管理概述
进行扳手模型优化设计需要完成以下工 作：
创建几何模型、简化模型
定义材料属性（Mechanica里完成定义）
定义约束
基于PROE的活动 扳手优化
定义载荷 静态分析 定义设计参数、运行灵敏度分析
运行优化分析、根据优化结果改变模型
4
5.1.4——定义约束 载荷
为了摸拟扳手的实际工作情况，对扳手钳口与螺母接触的 平面区域施加约束。
为了摸拟手对扳手的作用，在手柄尾部上表面长为75mm 的矩形区域内，施加均布力，此均布力沿X轴方向的分力 为-50N，沿Y轴方向的分力为-100N。
本次设计的优化目标是，在满足应力要求的前提下，尽可 能达到质量轻、体积小、形状合理，并最大限度的减缓过 渡区的应力集中。 利用已建立好的扳手厚度、扳手尾端孔径进行优化设计， 将这两个参数全部作为设计参数。
13
5.1.4——优化设计
14
5.1.4——优化设计
优化分析结果
更新零件
15
5.2 结论
扳手
能够用PROE建模的物体
16
5.2.1 ANSYS
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快 的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design） 软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融 结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
5
分
常用优化软件及其优化设计使用范围
第五部
5.1.1 PROE优化设计
PROE
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著 称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有 着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域 的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
17
5. 2 .2ANSYS实现优化的基本过程
最终进行优化设计
1.参数化建模和 加载
搜寻设计域 18
分析文件
初始设计
2.求解
3. 参数化结果
5. 2 .2ANSYS实现优化的具体过程
创建循环使用的分析文件
(1) 参数化建立模型(PREP7) 用设计变量作为参数建模的工作是在PREP7中完成的。 (2) 求解(SOLUTION) 求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。所有 分析用到的数据都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波 分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。 (3) 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26) 提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的操作 用*GET命令(Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)实现。 (4) 分析文件的准备 分析文件有三种方式，分别为系统编辑器编辑的批处理文件；LGWRITE命令(Utility Menu>File>Write DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要时需删 除不必要的部分)。
9
5.1.4——建立分析任务
定义静态分析 将根据模型中指定的约束和载荷，来计算模型中变形、应力和应变。 可知模型是否可以承受得住指定的载荷条件、零件所能承受的临界点
在何处，以及零件变形的位移量是多少。
10
5.1.4——灵敏度分析
将模型中扳手厚度、手柄宽度作为创建局部灵敏 度研究的设计参数，比较这两个参数对模型质量、 von Mises应力和端点位移有多大影响。
Pro/Mechanica ：有限元分析技术，CAE核心技术 之一。三大模块：结构分析、温度分析、运动分析。 利用有限元分析功能，发现零部件的薄弱部位，通过 变更设计参数来改变几何形状，从而得到最优结果。
通过运用Pro/MECHANICA对扳手进行平面、三维模型应力分析、敏 感度分析及优化设计，可以拓展到对于任何产品而言，在满足设计要 求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品机构、设计参数、结构 形状等参数进行优化设计，尽早发现设计中的缺陷，并验证产品功能 和性能的可靠性，使产品机构性能达到最佳状态。
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5.1.4——扳手建模 5.1 风险管理概述
与实际模型相比，有限元模型作了适当简化。 模型是以FRONT平面为草图平面建立的实体拉伸特征，实体的厚 度为10mm，方向为向屏幕内侧生成。
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5.1.4——平面应力分析
• 进入Pro/Mechanica工作环境
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5.1.4——定义材料厚度
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5.1.4——定义约束载荷
扳手厚度（d0）10尺寸，手柄宽度（d10）12.5尺寸
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5.1.4——灵敏度分析
接下来会自动进行局部灵敏度和全局灵敏度分析
优化的目的是在设计结构时以减 轻产品重量为最高原则，而通过 应力分析条纹图可知扳手尾端对 应力的影响最小，因此在扳手尾 端增加一个φ10的通孔。
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5.1.4——优化设计
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建立优化分析的参数
完成分析文件的建立后，就可以进行优化分析了，如果 在交互方式下进行优化的话，最好先在ANSYS数据库中用 分析文件建立参数，其优点有：初始参数可以作为一阶分 析方法的起点，且对于优化过程参数在数据库中可以在GUI 下进行操作，便于定义优化变量。
进入OPT指定分析文件
该步骤是由OPT处理器来完成，其命令为：/OPT。
Pro/Mechanica Structure：进行零件模型和装配模 型的结构分析和优化分析。
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5.1.2proe优化设计步骤
平面 应力分析
三维建模
PROE优化设计 步骤
三维模型 应力分析
优化设计
Fra Baidu bibliotek
灵敏度分析
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5.1.3PROE优化设计实例
5.1 风险管理概述
进行扳手模型优化设计需要完成以下工 作：
创建几何模型、简化模型
定义材料属性（Mechanica里完成定义）
定义约束
基于PROE的活动 扳手优化
定义载荷 静态分析 定义设计参数、运行灵敏度分析
运行优化分析、根据优化结果改变模型
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5.1.4——定义约束 载荷
为了摸拟扳手的实际工作情况，对扳手钳口与螺母接触的 平面区域施加约束。
为了摸拟手对扳手的作用，在手柄尾部上表面长为75mm 的矩形区域内，施加均布力，此均布力沿X轴方向的分力 为-50N，沿Y轴方向的分力为-100N。
本次设计的优化目标是，在满足应力要求的前提下，尽可 能达到质量轻、体积小、形状合理，并最大限度的减缓过 渡区的应力集中。 利用已建立好的扳手厚度、扳手尾端孔径进行优化设计， 将这两个参数全部作为设计参数。
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5.1.4——优化设计
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5.1.4——优化设计
优化分析结果
更新零件
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5.2 结论
扳手
能够用PROE建模的物体
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5.2.1 ANSYS
ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，是世界范围内增长最快 的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD，computer Aided design） 软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等。是融 结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
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分
常用优化软件及其优化设计使用范围
第五部
5.1.1 PROE优化设计
PROE
Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著 称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有 着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域 的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
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5. 2 .2ANSYS实现优化的基本过程
最终进行优化设计
1.参数化建模和 加载
搜寻设计域 18
分析文件
初始设计
2.求解
3. 参数化结果
5. 2 .2ANSYS实现优化的具体过程
创建循环使用的分析文件
(1) 参数化建立模型(PREP7) 用设计变量作为参数建模的工作是在PREP7中完成的。 (2) 求解(SOLUTION) 求解器用于定义分析类型和分析选项，施加载荷，指定载荷步，完成有限元计算。所有 分析用到的数据都要指定：凝聚法分析中的主自由度，非线性分析中的收敛准则，谐波 分析中的频率范围等。载荷和边界条件也可以作为设计变量。 (3) 提取并指定状态变量和目标函数(POST1/POST26) 提取结果并赋值给相应的参数。这些参数一般为状态变量和目标函数。提取数据的操作 用*GET命令(Utility Menu>Parameters>Get Scalar Data)实现。 (4) 分析文件的准备 分析文件有三种方式，分别为系统编辑器编辑的批处理文件；LGWRITE命令(Utility Menu>File>Write DB Log)生成的命令流文件；程序命令流文件(Jobname. LOG，必要时需删 除不必要的部分)。
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5.1.4——建立分析任务
定义静态分析 将根据模型中指定的约束和载荷，来计算模型中变形、应力和应变。 可知模型是否可以承受得住指定的载荷条件、零件所能承受的临界点
在何处，以及零件变形的位移量是多少。
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5.1.4——灵敏度分析
将模型中扳手厚度、手柄宽度作为创建局部灵敏 度研究的设计参数，比较这两个参数对模型质量、 von Mises应力和端点位移有多大影响。