Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis

Version 2001

Глава 2 - Основы моделирования в Pro/MECHANICA


Цель

В этой главе рассматривается:

Запуск Pro/MECHANICA

Основы моделирования для анализа

Основной Анализ

Файлы и каталоги Pro/MECHANICA

Интерпретация Результатов

Нагрузка и ограничения

В конечно-элементном анализе есть три различных компонента: моделирование, анализ и интерпретация результатов. Каждый из этих компонентов содержит шаги, как показано на Рисунке 2-1.

 

Рисунок 2-1

 

После того как Вы запустите Pro/MECHANICA Structure, все шаги процесса анализа модели требует выбора опций. Эти опции суммированы в таблице 2-1. Они будут подробно рассматриваться в течении всего курса.

 

Таблица 2-1

Шаги Анализа Модели Опции Pro/MECHANICA Structure
Тип модели

3D

Plane Stress

Axisymmetric

Plane Strain

2D

Тип элемента

Shell

Beams

Solid

Springs

Mass

Методы Анализа

Static

Modal

Buckling

Prestress modal

Prestress static

Dynamic Time

Dynamic Frequency

Dynamic Random

Dynamic Shock

Fatigue

Методы Сходимости

Multi-Pass Adaptive

Single-Pass Adaptive

Quick Check
Исследования конструкции

Standard

Optimization

Sensitivity

 

Запуск Pro/MECHANICA в интегрированном режиме

Для запуска Pro/MECHANICA откройте модель в Pro/ENGINEER и выберите из меню Applications > Mechanica. Открывается диалоговое окно Unit Info, как показано на рисунке 2–2, указывая систему единиц по умолчанию или определенную пользователем. Система единиц по умолчанию - Inch lbm Second.

Если подходящие единицы измерения не установлены, нажмите кнопку в диалоговом окне Unit Info, чтобы вернуться в Pro/ENGINEER. Чтобы устанавливать систему единиц или единиц для модели выберите Set Up > Units из PART меню Pro/ENGINEER.

Рисунок 2-2

 

Нажмите кнопку для запуска Pro/MECHANICA. Появляется менеджер меню Pro/MECHANICA для интегрированного режима, как показано на рисунке 2–3.

 

Рисунок 2-3

 

Опции меню MECHANICA описаны в таблице 2–2.

 

Таблица 2-2

Опция Описание
Motion

Эта опция позволяет Вам открывать среду моделирования движения, чтобы имитировать и анализировать динамический и кинематический отклик движущихся деталей.

 

Structure

Эта опция позволяет Вам открывать структурную среду моделирования, чтобы имитировать и анализировать структуру статически или выполнять статический конечно-элементный анализ.

 

Thermal

Эта опция позволяет открывать термическую среду моделирования, чтобы имитировать и выполнять термический конечно-элементный анализ.

 

Mold

Эта опция позволяет открыть среду Mold Flow, чтобы имитировать поток материала в литейной форме и выполнять конечно-элементный анализ.

 

New Sim Mdl

Эта опция удаляет все объекты моделирования для текущей модели и открывает новую модель.

 

Dsgn Controls

Эта опция позволяет устанавливать и управлять параметрами проекта.

 

Settings

Эта опция позволяет контролировать, какие объекты переданы в Pro/MECHANICA в независимом режиме и обеспечивает настройками контроля сетки в интегрированном режиме.

 

Configuration

Эта опция позволяет редактировать, загружать и сохранять файл конфигурации (config.mech).

 

Indep Mec

Эта опция позволяет запускать Pro/MECHANICA в независимом режиме.

 

Proc Advisor

Эта опция позволяет запускать Pro/MECHANICA Process Advisor.

 

FEM Mode

Эта опция позволяет импортировать сетку из другой программы или экспортировать сетку в другое программное обеспечение.

 

Меню Structure

Для перехода в Pro/MECHANICA Structure выберите Structure. Как только Pro/MECHANICA запущена, к модели автоматически добавляется система координат, помеченная значком WCS. Она представляет Мировую Декартову Систему Координат (начало в точке 0,0,0). Меню MEC STRUCT, показанное на рисунке 2–4, основное меню Pro/MECHANICAStructure.

Интерфейс Pro/MECHANICA подобен интерфейсу Pro/ENGINEER за исключением панели инструментов объектов моделирования, которая появляется после того, как Вы запустите Pro/MECHANICA.

Рисунок 2-4

 

Опции меню MEC STRUCT описаны в таблице 2-3.

 

Таблица 2-3

Опция Описание
Model

Эта опция позволяет определять необходимые объекты моделирования (например, тип модели, нагрузки, материалов и т.п.).

 

Analyses

Эта опция позволяет создавать, редактировать, копировать и удалять анализ.

 

DesignStudies

Эта опция позволяет выбирать или модифицировать исследование проекта.

 

Check Model

Эта опция позволяет проверять достоверность модели прежде, чем будет запущен анализ.

 

Run

Эта опция позволяет запускать и решать одно или более проектных исследований.

 

Results

Этот опция позволяет устанавливать и интерпретировать результаты проектного изучения или анализа.

 

2.1  Основы моделирования для анализа

Определяющие модель объекты

Второй шаг процесса анализа модели - определить тип модели. Выберите Model из меню MEC STRUCT. Появляется меню STRC MODEL, как показано на рисунке 2–5.

Опции меню STRC MODEL называются объектами моделирования.

Рисунок 2-5

 

Опции меню STRC MODEL описаны в таблице 2-4.

 

Таблица 2-4

Опция Описание

Model Type

Эта опция позволяет определять тип модели, которую Вы анализируете. Появляется диалоговое окно Model Type, как показано на рисунке 2–6.

 

Рисунок 2-6

 

Features

Эта опция позволяет создавать конструктивные элементы моделирования (например, базовые точки, базовые кривые, и т.п.), чтобы определять нагрузки, ограничения и объекты. Вы можете выбрать тип конструктивного элемента из меню SIMULAT FEATS, показанного на рисунке 2–7.

 

Рисунок 2-7

 

Idealizations

Эта опция позволяет выбирать элементы, которые могут использоваться для упрощения анализа. Эти элементы названы идеализациями. Идеализации - способ упрощения проекта, заканчивающийся более быстрым конечно-элементным анализом. Эти элементы доступны в меню IDEALIZATIONS, показанном на рисунке 2–8.

 

Рисунок 2-8

CurrentCsys

Эта опция позволяет создавать пользовательскую систему координат для Вашей модели. Вы можете использовать систему координат по умолчанию или можете создать новую систему координат, используя опции меню OPTIONS, показанное на рисунке 2-9.

 

Рисунок 2-9

 

Constraints

Эта опция позволяет устанавливать ограничения так, чтобы части геометрии Вашей модели была фиксирована или могла двигаться только в предопределенном направлении. Есть шесть возможных ограничений: три перемещения и три вращения. Вы можете также редактировать и удалять ограничения для анализа, используя диалоговое окно Constraint.

 

Loads

Эта опция позволяет создавать структурные нагрузки на Вашей модели, чтобы имитировать фактические условия нагрузки. Вы можете также редактировать и удалять нагрузки для анализа. Типы нагрузок, которые Вы выбираете, зависят от типа модели (например, Pressure, Bearing, Pressure on a Surface и т.п.). Нагрузки могут быть приложены в следующих способами:

• Приложить нагрузку к точкам, кромкам/кривым и поверхностям

• Приложить нагрузку к поверхностям

• Приложите нагрузки опор к отверстиям

• Примените силу тяжести, центробежные и температурные нагрузки к модели

Materials

Эта опция позволяет назначать для модели свойства материала. Вы также можете добавить новые свойства материала к модели и редактировать имеющиеся. Диалоговое окно Materials показано на рисунке 2–10.

 

Рисунок 2-10

 

Matl Orients

Эта опция позволяет устанавливать ориентации материала для поверхностей, твердых тел, объёмов, оболочек, твердотельных 2D объектов и пластин. Диалоговое окно Material Orientations показано на рисунке 2-11.

 

Рисунок 2-11

 

Contacts

Эта опция позволяет создавать, просматривать и удалять контактные регионы, которые представляют собой две поверхности (или кривые), вступающие в контакт после того, как приложена нагрузка.

 

Measures

Эта опция позволяет устанавливать и назначать критерии. Когда Вы выбираете эту опцию, появляется диалоговое окно Measure Definition, как показано на рисунке 2-12. Критерии являются скалярными величинами, которые Вы можете установить, чтобы проверять поведение модели относительно приложенных критериев (например, максимального напряжение Мизеса).

 

Рисунок 2-12

 

DsgnControls

Эта опция позволяет определять как изменяются параметры проекта в течение исследований чувствительности и оптимизации. Pro/MECHANICA использует проектные параметры чтобы модифицировать форму модели, достигать целей проекта (например, минимизировать вес модели). Появляется меню DSGN CONTROL, как показано на рисунке 2-13.

 

Рисунок 2-13

 

Tools

Эта опция позволяет давать конструктивному элементу название, подключать к модели примечания, чтобы помогать передавать проектную информацию и установочные параметры.

 

Объект Моделирования

Панель инструментов Options

Вы можете выбрать несколько объектов моделирования на панели инструментов, как показано на рисунке 2-14.

Эта панель инструментов может быть модифицирована по предпочтениям пользователя с помощью функции Customize Screen в Pro/ENGINEER.

Рисунок 2-14

 

Типы элементов

После выбора типа модели, Вы можете упростить модель с набором элементов. Этот процесс упрощения назван идеализацией. Элементы, которые доступны для идеализации, зависят от типа модели, которую Вы собираетесь анализировать. Возможно использовать другие типы элементов в той же самой модели (например, объединить твердое тело с балкой и пружиной). Элементы могут включать следующее:

• Твёрдые тела

• Оболочки

• Балки

• Соединения

• Массы

• Пружины

• Точечную сварку

• Жесткие соединения

2.2 Анализы

Методы Анализа

В Pro/MECHANICA есть несколько типов структурного анализа, которые могут быть выполнены на модели. Вы можете выбрать тип анализа основываясь на типе анализируемой структуры. Выберите Analysis из меню MEC STRUCT и выберите подходящую опцию. Открывается диалоговое окно Analyses с различными типами анализа, как показано на рисунке 2–15.

 

Рисунок 2-15

 

Типы структурного анализа, доступные в диалоговом окне Analyses, описаны в таблице 2-5.

 

Таблица 2-5

Тип анализа

Описание

Static

Статический анализ вычисляет напряжение и деформации в пределах области упругих деформаций и деформированной кривой.

 

Modal

Модальный анализ вычисляет собственные формы (то есть, характеристику искажения формы собственных частот) и собственные частоты модели.

 

PrestressStatic

Статический анализ предварительного напряжения вычисляет эффект предварительного напряжения структуры в напряжениях и деформациях модели.

 

PrestressModal

Модальный анализ предварительного напряжения использует результаты статического анализа, чтобы обеспечивать специфическими данными для анализа собственных частот и колебаний.

 

Buckling

Анализ продольного изгиба вычисляет показатель нагрузки продольного изгиба (BLF), показатель увеличения приложенной нагрузки, который вызовет критический изгиб. При применении нагрузки в 1 единицу модели, BLF будет равен критической нагрузке продольного изгиба.

 

Dynamic Time

Анализ динамического времени вычисляет смещения, угловые скорости, ускорение и напряжение для модели при различных интервалах в ответ на нагрузку, которая изменяется со временем.

 

DynamicFrequency

Динамический частотный анализ определяет отклик системы, находящейся под возбуждением (частотно зависимый вход).

 

DynamicRandom

Динамический Произвольный анализ вычисляет максимальные величины на определенной частоте и среднеквадратические (RMS) величины смещений, скоростей, ускорения и напряжения в модели с кривой спектральной плотностью (PSD) в качестве входного сигнала.

 

Dynamic Shock

Динамический ударный анализ вычисляет максимальные величины смещения и напряжения в модели в ответ на базовое возбуждение с кривой спектра ответа. Этот тип анализа подвергает модель колебанию наподобие землетрясения.

 

Fatigue

Анализ долговечности вычисляет эффект повторяющихся или переменных нагрузок модели.

Не используйте динамический анализ удара для импульсного отклика; используйте динамический анализ времени.

Методы Сходимости

Метод p-элемента, описанный в 1-ой главе, позволяет Pro/MECHANICA модифицировать полиномиальный порядок кромок элемента, пока решение не будет достигнуто с определенной точностью (то есть, пока решение на сойдётся с заданным). Есть три опции сходимости для этого метода, как описано в таблице 2-6.

 

Таблица 2-6

Опция Описание   Использование
QuickCheck

Эта опция прогоняет модель через решающее устройство, чтобы обнаруживать ошибки (например, в ограничениях). Модель прогоняется только раз при фиксированном низком полиномиальном порядке. Если происходит ошибка, Pro/MECHANICA отображает сообщение об ошибке: Run completed with a fatal error.

 

 

• Используется чтобы видеть, если анализ настроен правильно.

• Используется для генерирования соответствующих элементов.

• Используется для проверки проблемных областей модели.

Единственный Адаптивный Проход

Эта опция прогоняет модель через решающее устройство в низком полиномиальном порядке (по умолчанию 2), оценивает точность решения и модифицирует значения p-элемента соответственно. Окончательно модель прогоняется через решающее устройство с новыми значениями p-элемента. Это обеспечивает разумные результаты при более низких требованиях к системным ресурсам.

 

 

• Используется для проверки твердотельных элементов сборки.

• Используется для предварительных вычислений.

• Используется при недостатке системных ресурсов.

Множественный Адаптивный Проход

Эта опция прогоняет модель через решающее устройство с увеличением порядка не сходящихся элементов при каждом прогоне. Прогоны  продолжаются до решения сходимости или до достижения максимального порядка (по умолчанию - 6, максимум - 9). Всегда базируйте свои окончательные выводы на результатах, полученных с использованием этого метода.

 

• Используется для проверки балок, оболочек (сборки) и твердотельных элементов (отдельные детали).

• Используется для точного анализа.

• Используйте когда у Вас имеется достаточно времени и системных ресурсов.

 

Multi-Pass Adaptive опция сходимости интенсивно использует ресурсы центрального процессора. Рассмотрите использование Single Pass Adaptive опции сходимости, чтобы вычислить предварительные значения.

Исследования конструкции

Изучения проекта позволяют Вам решить набор условий для заданных целей проекта имитируя ситуацию реального мира. В Pro/MECHANICA есть три типа проектых исследований, описанных в таблице 2-7.

 

Таблица 2-7

Изучение Описание
Standard

Это изучение вычисляет результаты для анализа или исследований. Для этого изучения Вам нужно определять геометрию, создавать элементы, назначать материальные свойства, установившие нагрузки и ограничения, определять анализ и типы сходимости, затем отображать и просматривать конечные результаты.

 

Sensitivity

Это изучение вычисляет результаты для нескольких различных переменных величин (например, размеров). Применяет все модификации к модели и вычисляет результаты для промежуточных величин проектах параметров.

 

Optimization

Это изучение подгоняет параметры модели, чтобы достичь точно установленной цели или проверить выполнимость проекта. Для этого изучения Вы определить желаемую цель (например, минимальная масса тела) и одну или более переменные проекта (размеры Pro/ENGINEER), которые могут измениться в определенном интервале.

 

 

2.3 результатов вычисления

файлы и каталоги

Pro/MECHANICA генерирует много файлов; файловое управление очень важно, поскольку плохо урегулированная структура директории может провести к неразберихе. Файлы и каталоги Pro/MECHANICA созданы в рабочем каталоге Pro/ENGINEER. Следовательно, желательно создавать новую директорию для каждой модели, делать её Вашим рабочим каталогом и хранить файл детали там. Позиции для временных и выходных файлов могут быть изменены, когда Вы настроите изучение проекта. Выходные файловые форматы также могут изменяться, когда Вы настраиваете изучение проекта. Если прогон не прерван преждевременно, все временные файлы удаляются по завершении прогона. Общие файлы и директории показаны в таблице 2-8.

В таблице 2–8 названия model, study и filename представляют определенные Вами названия.

Таблица 2-8

Тип файла Файл/Каталог Описание
Файлы модели

model.mdb

model.mbk

Файл .mdb содержит последнее сохранение базы данных модели. Файл .mbk - дублирующий файл, который может использоваться, если файл .mdb утерян или повреждён.

 

Машинный файл /study/study.mdb

Машинный файл содержит всю базу данных модели с момента запуска проектного изучения.

 

Выходные Машинные Файлы

/study/study.cnv

/study/study.hst

/study/study.res

/study/study.rpt

/study/study.ro1

Файл .cnv содержит информацию сходимости. Файл .hst - дублирующий файл, который корректирует модель в течение оптимизации. Файл .res - критерий при каждом проходе. Файл .rpt - выходной отчет, который содержит информацию о пробеге, включая величины критерия и предупреждающие сообщения. Файл .ro1 содержит информацию о результирующей реакции нагрузок, приложенных к модели.

Файлы обмена

filename.dxf

filename.igs

Файлы обмена находятся в форматах, использованных для импорта или экспорта геометрической информации.

 

Временные файлы

/study.tmp/*.tmp

/study.tmp/*.bas

Временные файлы содержат данные, которые требуются для решения анализа. Они автоматически удаляются при завершении проекта.

 

Файлы Результатов filename.rwd

Файлы .rwd хранят график окна Result Window для последующего использования.

 

Файлы AutoGEM model.agm

Файлы .agm хранят информацию о самой последней операции AutoGEM.

 

Прочие файлы mechevent

Эти файлы содержат информацию последовательности Ваших действиях в Pro/MECHANICA.

Критерий - набор величин, которые Pro/MECHANICA или пользователь определяют для достижения целей. Например, Вы можете установить критерий для вычисления максимума напряжения в специфической точке на модели.

 

Файл .ro1 содержит информацию о равнодействующей реакции нагрузок, приложенных к модели.

Интерпретация Результатов

Pro/MECHANICA может произвести несколько различных типов результатов, которые могут помочь Вам определять обоснованность и логичность Вашей модели. Есть несколько соображений, которые следует принять при интерпретации результатов. Эти соображения рассмотрены в таблице 2-9.

 

Таблица 2-9

Результат Описание
Проверка Реакции

Модель может быть упрощена так, чтобы реакции на приложенные нагрузки и ограничения могли быть проверены простыми вычислениями, могут быть установлены критерии, чтобы помочь в процессе проверки.

Равнодействующая реакция нагрузок, приложенных к модели, автоматически сгенерирована в файле .ro1. Равнодействующая реакция должна равняться равнодействующим нагрузкам, приложенным к модели, чтобы удовлетворять критерию равновесия.

Целостность Модели

Целостность вашей модели может быть определена проверкой объектов модели (то есть, свойств материала, ограничений, нагрузок, системных единиц), геометрии и точности детали прежде, чем будет запущен прогон. Вы можете также использовать опцию Check Model, чтобы определить, есть ли какие ошибки в модели. Если модель при проверке терпит неудачу, это вероятно, поскольку объекты модели были определены правильно.

 

Анимация Смещения

Анимация смещения позволяет Вам проверять, что модель изгибается как предполагалось и что ограничения установлены правильно. Анимация имитирует эффект условий реального мира на модели и позволяет Вам сравнивать их с приложенными граничными условиями.

 

Анимация Формы

После глобального изучения или изучения оптимизации, анимация формы берет геометрию через всю амплитуду уместных параметров. Это гарантирует, что не будет неожиданных отказов регенерации и что цель проекта логична.

 

Качество Вычисленного Решения

Вычислительное качество решения - процент от погрешности, которую система вычисляет на максимуме главного напряжения. Низкий процент указывает, что модель надежная. Эта оценка ошибки может быть обнаружена в файле .rpt из директории анализа.

 

Критерии Сходимости

Сходимость дает Вам представление того, насколько точны результаты. Результаты сходимости с установленными специфическими пределами, установленными пользователем, могут быть обнаружены в файле .rpt. Вы можете также создать диаграммы, основанные на предопределенных критериях, для потенциальной энергии деформации и смещения.

 

Предел текучести материала модели

Предел текучести может использоваться для определения воздействия на модель. Создайте план интерференционной полосы напряжения Мизеса и установите максимум напряжения Мизеса на предел текучести материала Вашей модели. Найдите и изучите области в модели под этим напряжением.

Сходимость является процессом повышения качества модели и Pro/MECHANICA пытается решать её.

2.4 Нагрузки и ограничения

Нагрузки и ограничения, которые Вы прикладываете к модели, назначены к набору нагрузки или набору ограничений с уникальным названием. Набор нагрузок или ограничений - группа нагрузок или ограничений, которые действуют на Вашу модели совместно. Они позволяют Вам обработать нагрузки и ограничения отдельно, назначая им уникальные названия (например, нагрузке и набору нагрузок). Pro/MECHANICA может решить анализ с только одним набором ограничений и комбинацией наборов нагрузок.


Context

Main Paige