Pro/MECHANICA: Structure and Thermal Analysis
Version 2001
Глава 7 - Контактный анализ
Упражнение 7a - Контактный анализ
Цель
После завершения этого упражнения Вы будете способны:
Создавать поверхностные регионы
Создавать контактные регионы
В этом упражнении Вы настроите и выполните контактный анализ на сборочной модели с шарнирным соединением. Сборочная модель показана на рисунке 7-17.
Рисунок 7-17
Сборка состоит из стального пальца, алюминиевой опорной плиты и алюминиевого соединителя, как показано на рисунке 7-18.
Рисунок 7-18
Вы будите использовать симметрию сборки, чтобы анализировать только четверть сборки, как показано на рисунке 7-19.
Рисунок 7-19
Задачи Моделирования
Задание 1: Открытие сборки с названием contact и запуск Pro/MECHANICA.
1. Откройте contact.asm в Pro/ENGINEER. Сборка выглядит как показано на рисунке 7-20.
Рисунок 7-20
Все детали сборки должны иметь одну и ту же систему единиц.
2. Убедитесь, что выбрана система единиц mmNs.
3. Запустите Pro/MECHANICA.
Задание 2: Определение типа модели.
1. Установите тип модели на 3D. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 7-21.
Рисунок 7-21
Задание 3: Применение нагрузок.
В этой задаче Вы приложите нагрузки к конечной поверхности соединителя, как показано на рисунке 7-22.
Модель на рисунке 7-22 переориентирована для ясности.
Рисунок 7-22
Приложите нагрузку, используя опции Uniform и Total Load в секции distribution диалогового окна Force/Moment.
1. Приложите [20KN] к поверхности и введите [con_load] в поле Name. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 7-23.
2. Выберите View > Simulation Display, чтобы переориентировать векторы нагрузки, как показано на рисунке 7-23.
Рисунок 7-23
Задание 4: Применение ограничений.
Модель использует твердотельные элементы (твердотельные элементы имеют только три степени свободы перемещения); следовательно, ограничения вращения не имеют значения.
1. Приложите ограничения к плоскостям сечений, возникающих из-за использования симметрии. Введите [side-1] и [side-2] в качестве названий ограничений для каждой стороны, как показано на рисунке 7–24.
2. Для каждой стороны фиксируйте перемещение перпендикулярно к поверхности и освободите два других перемещения.
Убедитесь, что три названных ограничения принадлежат ConstraintSet1.
3. Фиксируйте низ опорной плиты, чтобы предотвратить движение жесткого тела перпендикулярно к поверхности опорной плиты и введите [bottom] в качестве названия ограничения.
Рисунок 7-24
4. Модель теперь выглядит как показано на рисунке 7-25.
Рисунок 7-25
Задание 5: Применение материала.
1. Назначьте AL2014 (алюминий) для пластины основания и соединителя, для пальца назначьте STEEL.
Задание 6: Создание поверхностных регионов.
В этой задаче Вы определите поверхностные области, которые позже будут использованы для создания контактных регионов.
1. Сохраните Contact.asm и вернитесь в Pro/ENGINEER.
2. Откройте pin.prt в Pro/ENGINEER. Палец выглядит как показано на рисунке 7-26.
Рисунок 7-26
3. Создайте спроецированную базовую кривую на расстоянии от базовой плоскости RIGHT, как показано на рисунке 7-27.
Рисунок 7-27
4. Создайте базовую кривую через вершины 1 и 2 с помощью опции Thru Points, как показано на рисунке 7–28.
Рисунок 7-28
5. Создайте базовую кривую через вершины 3 и 4 с помощью опции Thru Points, как показано на рисунке 7-29.
Рисунок 7-29
6. Создайте составную базовую кривую из трёх базовых кривых, которые Вы создали в шагах с 3-го по 5-ый из задания 6, и цилиндрической кромки пальца на базовой плоскости RIGHT с помощью опции Composite.
7. Спроецируйте две базовые кривые на расстояния, показанные на рисунке 7-30, от базовой плоскости RIGHT.
Рисунок 7-30
8. Создайте базовую кривую через вершины 5 и 6 с помощью опции Thru Points, как показано на рисунке 7-31.
Рисунок 7-31
9. Создайте базовую кривую через вершины 7 и 8 с помощью опции Thru Points, как показано на рисунке 7-32.
Рисунок 7-32
10. Создайте составную базовую кривую из трёх базовых кривых, которые Вы создали в шагах с 7-го по 9-ый в задании 6, используя опцию Composite.
11. Сохраните pin.prt.
12. Запустите Pro/MECHANICA.
13. Выберите Structure > Model > Features > Surf Region > Create > Select > Done.
14. Выберите составную базовую кривую, как показано на рисунке 7–33, выберите цилиндрическую поверхность пальца, затем выберите Done Sel > Done.
Рисунок 7-33
15. Выберите Done.
16. Нажмите кнопку 
для завершения создания первого поверхностного региона.
17. Создание другого региона. Выберите Create > Select > Done.
18. Выберите вторую составную базовую кривую, как показано на рисунке 7-34, выберите цилиндрическую поверхность пальца, затем выберите Done Sel > Done.
Рисунок 7-34
19. Нажмите кнопку 
для завершения создания второго поверхностного региона.
Цилиндрическая поверхность пальца теперь разделена на четыре региона.
20. Выберите Show By Surf из меню SIM FEAT OPER. Поверхностный регион появляется выделенным красным цветом.
21. Выберите Done/Return для завершения.
22. Выберите Done/Return из меню MEC STRUCT.
23. Сохраните pin.prt.
24. Откройте contact_assem.asm и запустите Pro/MECHANICA.
Задание 7: Создание поверхностных контактных регионов.
В этой задаче Вы создадите поверхностные контактные регионы. Поверхности, которые Вы определяете как контактные регионы, сохраняются обособленно и свободны для перемещения.
1. Выберите Structure > Contacts > Create > Face/Surface.
2. Выберите поверхность отверстия на соединителе с помощью Query Sel и выберите первый поверхностный регион на цилиндрической поверхности пальца, как показано на рисунке 7–35. Выберите Done Sel.
Рисунок 7-35
Появляется маленькая иконка контактного региона, как показано на рисунке 7–36.
Рисунок 7-36
3. Выберите поверхность отверстия на пластине основания с помощью Query Sel, выберите второй поверхностный регион на поверхности пальца, выберите Done Sel. На модели появляется вторая маленькая иконка контактного региона, как показано на рисунке 7–36.
Рисунок 7-37
Задание 8: Определение критерия.
В этой задаче Вы создадите критерий напряжения Мизеса как функцию от приращения нагрузки.
1. Выберите Measures. Открывается диалоговое окно Measures, как показано на рисунке 7-38.
Обратите внимание, в этом диалоговом окне уже есть четыре критерия. Эти критерии были созданы как контактные регионы и автоматически определенны Pro/MECHANICA как критерии.
Рисунок 7-38
2. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Information, как показано на рисунке 7-39.
Рисунок 7-39
3. Прочитайте сообщение в диалоговом окне
Information и нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Measure Definition, как показано на рисунке 7-40.
Рисунок 7-40
4. Напечатайте [measure_vm] в поле Name.
5. Одобрите опцию по умолчанию в поле Quantity.
6. Одобрите опцию по умолчанию в поле Component.
7. Выберите Maximum из раскрывающегося меню Spatial Eval.
8. Примите опцию по умолчанию во втором раскрывающемся меню Spatial Eval.
9. Нажмите кнопку 
в диалоговом окне
Measure Definition и нажмите кнопку 
для закрытия диалогового окна.
Задачи Анализа
Задание 9: Настройка анализа.
1. Настройте Quick Check анализ для проверки на наличие ошибок. Введите [jointed_assem] в качестве названия анализа используя опцию сходимости Quick Check. Выберите опции в диалоговом окне Static Analysis Definition, как показано на рисунке 7-41.
Обратите внимание, была выбраны опция Include contact regions.
Рисунок 7-41
2. Выберите 5 из раскрывающегося меню Number of Intervals.
3. Нажмите кнопку 
. Секция
Number of Intervals выглядит как показано на рисунке 7-42.
Рисунок 7-42
4. Нажмите кнопку 
для одобрения выборов в диалоговом окне
Static Analysis Definition и нажмите кнопку 
.
5. Проверьте обоснованность модели
Задание 10: Запуск анализа.
1. Прогоните анализ с опцией сходимости Quick Check и проверьте на наличие ошибок. Анализ завершён без ошибок.
В зависимости от Вашего CPU, прогон может занять продолжительное время (10-40 минут).
2. Настройте и выполните мультипроходный адаптивный анализ сходимости. Введите [9] в поле Polynomial Order и введите [10] в поле Percent Convergence секции Limits. Включите опцию Local Displacement, Local Strain Energy, and Global RMS Stress option in the Converge.
3. Обратите внимание на следующие в секции Measure диалогового окна Summary для проектного изучения jointed_assem:
• Имеется две контактные области: maximum pressure и measure_vm, как показано на рисунке 7–43.
Рисунок 7-43
• Появляется относительная ошибка, как показано на рисунке 7–44.
Обратите внимание, процент ошибки менее 5% от максимального главного напряжения.
Рисунок 7-44
• Анализ сходится на пятом прогоне.
Задачи по обработке результатов
Задание 11: Отображение результатов
1. Создайте и отобразите анимации деформации для сборки для проверки, что нагрузка вызывает контакт между деталями. Введите
[deformation] в качестве названия окна. Выберите Displacement из раскрывающегося меню Quantity.
2. Выберите Fringe из раскрывающегося меню Display.
3. Создайте диаграмму анимации деформации.
4. Запустите анимацию. Нагрузка вызывает контакт между деталями, как показано на рисунке 7-45, а приложенные граничные условия ведут себя как ожидалось.
Рисунок 7-45
5. Вернитесь в диалоговое окно Define Content for Result Window "deformation".
6. Выберите Volumes из раскрывающегося меню Location.
7. Нажмите кнопку 
и выберите палец.
8. Поставьте галочку рядом с Animate.
Введите [200] в поле Scale.
9. Отобразите окно диаграммы деформации для пальца, как показано на рисунке 7–46.
Рисунок 7-46
Создайте два окна диаграмм для контактных областей против приращений нагрузки.
10. Создайте окно и введите [con_area1] в качестве названия.
11. В диалоговом окне
Define Content for Result Window "con_area1" выберите Measure из раскрывающегося меню
Quantity и нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Select a Measure, как показано на рисунке 7-47.
Рисунок 7-47
12. Выберите [cntRgn_001cntArea] в поле User-Defined.
13. Нажмите кнопку 
. Открывается диалоговое окно
Define Content for Result Window "con_area1".
14. Выберите Load Interval из раскрывающегося меню Location.
15. Нажмите кнопку 
для одобрения выборов и закрытия диалогового окна
Define Content for Result Window "con_area1".
cntRgn_002cntArea, для окна con_area2.Выберите определённый пользователем критерий,
16. Повторите шаги с 10-го по 15-ый из задания 11 для создания окна диаграммы, "con_area2".
17. Отобразите диаграмму, как показано на рисунке 7–48.
Рисунок 7-48
18. Сохраните сборку и закройте окно.