ProE有限元分析浅析

1 1. 介 美国 发的有限元软件。该软件可以实现和完全无缝集成。绝大部分有限元分析软件的几何建模功能比较弱，这些有限元软件通常通过 式或者 式进行数据交换，而这样做最大的弊端在于容易造成数据的丢失，因此常常需要花费大量的时间与精力进行几何模型的修补工作。使用 好可以克服这一点，该软件可以直接利用 几何模型进行有限元分析。 基于 P 方法进行 工作的。它采用适应性 术，在不改变单元 网 格划分的情况下，靠增加单元内的插值多项式的阶数来达到设定的收敛精度。理论上，插值多项式的阶数可以很高，但在实际工作中，往往将多项式的最高阶数限制在 9 以内。如果插值多项式的阶数超过 9 仍然没有收敛，这时可以增加网格的密度，降低多项式的阶数，加快计算 速 度。利用 P 方法进行分析，降低了对网格划分质量的要求和限制，系统可以自动收敛求解。 够比较精确地拟合 几 何形状，能够消除表面上的微小凹面。这种单元的应力变形方程为多项式方程，最高阶次能够达到九阶。 这意味着这种单元可以非常精确地拟合大应力梯度。 四面体单元的计算结果比其他传统有限元程序中四面体的计算结果要好得多。首先单元以较低的阶次进行初步计算，然后在应力梯度比较大的地方和计算精度要求比较高的地方自动地提高单元应力方程的阶次，从而保证计算的精确度和效率。 2. 作 模 式 ： 1） 式： 式没有求解器，只能完成对模型的网格划分、边界约束、载荷、理性化等前处理工作、然后借助第三方软件完成计算分析。 2）集成模式 ： 用户可以在 建 立几何模型，然后进入块中，定义载荷及边界条件，进行分析研究。 应用较多的还是 集成模式。 3. 个模块 : 1) 结构分析软件包，可以进行零件模型和装配模型的结构分析和优化分析。具有的分析类型有 :静态分析、模态分析、屈曲分析、接触分析、预紧分析及振动分析等。 析 2 2 ) 温度分析模块，可以进行零件和装配模型的稳态和瞬态温度分析，也可以根据温度问题进行灵敏度分析和优化设计。 3 ) 运动分析软件包，进行机构分析和机构运动优化设计，可以进行三维静态分析、运动学分析、动力学分析、逆向动力学分析及干涉检验分析。 4. 限元分析的基本步骤 : 1)建立几何模型 :在 创建几何模型。 2)识别模型类型 :将几何模型由 入 ，此步需要用户确定模型的类型，默认的模型类型是实体模型。 我们为了减小模型规模、提高计算速度，一般用面的形式建模。 3)定义 模型的材料物性。 包括 材料、质量密度、弹性模量、泊松比等 4)定义 模型的 载荷 。 5)定义 模型的 约束 。 6)有限元网格的划分 ： 由 的 动网格划分器 )工具完成有限元网格的自动划分。 7)定义分析任务，运行分析。 8)根据设计变量计算需要的项目。 9)图形显示计算结果。 5. 本分析过程 块中完成结构几何模型后， 单击 “应用程序 ”“ ,弹出下图所示窗口， 启用 3 单击 “材料 ” ，进入下图对话框，选取 “ 进入材料库，1） 加载集中力或力矩，点击 ，出现 析 4 基本载荷工况名称 载荷集名称 施加载荷时的参照，可以是 选择坐标系，默认为全局坐标系 点击该按钮后，可以选择载荷的加载方式，可以加载载荷 总值，也可以在 每 单位 面积或点上加载；载荷的大小可以用函数来控制，使得载荷的施加非常方便。 2） 加载分布力，点击 ，出现 基本载荷工况名称 载荷集名称 施加载荷时的参照，只能选择 点击该按钮后，可以选择载荷的加载方式。可以均匀加载，可以用函数加载，也可以通过外部 式的文件加载 3） 加载重力载荷，点击 ，出现下图对话框， 5 重力载荷名称 载荷集名称 选择坐标系，默认为全局坐标系 定义重力加速度方向及大小 1） ：位移约束 点击 ，出现下图所示对话框， 析 6 约束名称 约束集名称 施加约束时的参照，可以是 选择坐标系，默认为全局坐标系 平动约 束 旋转约束 2） ：对称约束 点击 ，出现下图所示对话框， 约束名称 约束集名称 约束类型有镜像和循环对称两种类型 ） ：壳单元 点击 ，弹出下图所示窗口， 7 壳单元名称 简单和高级两种类型，高级中可以定义材料方向 定义壳单元时的参照 2） ：梁 点击 ，弹出下图 所示窗口 析 8 梁单元名称 默认为梁单元 定义壳单元时的参照 梁单元的材料 定义梁单元的 Y 轴方向 1） ： 连接形式 点击 ，出现下图所示窗口 连接形式名称 连接类型有 固结、自由、接触 定义 连接时 的参照 ，可以是面和面 之间连接 ，也可以是零件和零件 之间连接 2） ：刚性区域 点击 ，弹出下图所示窗口， 刚性区域可以模拟铰轴连接，代替 杆梁组合模拟铰轴的 9 形式。 前处理部分完成后，点击 ，弹出下图所示窗口， 可以定义静力、模态、屈曲、疲劳、预紧力以及动态分析 等等 。 定义完分析类型后，点击 即可进行分析，在分析之前也可以点击 ，预先生成网格，通过“自动几何” “控制”菜单，对生成的单元类型及大小进行调整。 析 10 当分析完成后，点击 ，弹出下图所示窗口， 11 6. 简单 算 例 触算例 下 图所示 图 点击主菜单“编辑” “设置” ，弹出图 示菜单管理器，点击其中的“单位”， 弹出图 示单位管理器， 计算分析时一般将单位设置为毫米牛顿秒，若单位需变换，可点击右侧“设置”按钮，弹出图 示改变模型单位对话框，选择“转换尺寸”单选框即可。 析 12 图 图 点击主菜单“应用程序”“ ，图 示，弹出图 示 单位 确认无误后点击“ 选择 模型类型为 进入分析程序。 图 13 图 点击主菜单“属性” “材料”，图 示，弹出图 示 材料对话框，选择材料，双击或点击 即可添加到“模型中的材料”一栏，右键点击已选择的材料， 可以编辑材料的物性。 点击主菜单“属性” “材料分配”，图 示，弹出图 口，将 中，即分配完材料。 图 图 析 14 图 图 点击主菜单“插入” “位移约束”，图 示，弹出图 示 选择两个底面进行全约束。 图 15 图 点击右侧快捷菜单 ，弹出图 示对话框，类型选择接触，参照选择触距离小于等于 1面夹角小于等于 5 度。 图 析 16 在距离轴端面 100，定义一基准点 击右侧快捷菜单 ，弹出图 示 口，选择轴端面及 义为刚性区域。 图 此节内容自己练习。 (1)自重载荷 点击主菜单“ 插入 ” “重力负荷” ，图 示，弹出图 示 照全局坐标系，定义 Z 向 9800 2 图 图 17 （ 2）定义集中力 点击主菜单“插入” “力 /力矩负荷” ,图 示，弹出图 示口， 参照全局坐标系，定义载荷方向及大小。 图 图 3）定义扭矩 同（ 2）的定义方式相同，只是在 定义载荷即可。 上面我们已经建立起了有限元计算所需要的几何模型、材料、约束以及载荷边界条件，点击主菜单“分析” “ 析 /研究” ,图 示，弹出 口 。 点击“ 的“ 弹出图 口，选中上述定义的载荷集和约束集。 在名称中输入 示。 析 18 图 图 19 定义完静力分析后，选择图 “ 进 行分析运行时的各项设置，包括文件的存放路径以及分配的内存数量等，（或者 直接单击 命令图标），进行上述的设置，如图 示 。 图 点击图 的 ，开始分析计算。分析任务开始执行，屏幕会闪动几次，最终会在信息栏中出现“ 消息。 接下来 立方程、求解方程等一系列工作，这些工作是在后台进行的，对用户不可见；不过用户可以通过选择 （或者单击 图标），查看运算过程信息。当信息中显示计算完毕（ 单击 “完成” 按钮关闭对话框。 （ 1）直接点击图 的 图标，弹出图 示窗口，“ “ 以云图形式显示结果，“ “ 看变形，在“ 勾选“ 点击“ OK 可显示位移结果，图 示。 析 20 图 2）应力结果 选择图 “ “ 看应力结果，默认为 力，如图 示。 21 图 算例 B、 D 三处为铰接， 和 均采用 16#工字梁，在 C 处施加 8000图 示 图 的工作路径为盘符 :打开 图 析 22 图 C 梁，点选 参照， 定义 材料为 定义 16#工字