工程硕士课件-proe有限元分析

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1、CAE技术及应用Pro/MECHANICA工程结构有限元分析汪中厚教授上海理工大学2017年3月23日CONTENTS目录Part11.Pro/MECHANICAStructure简介Part22.基本分析流程Part33.有限元分析实例Part44.总结2021/8/22011.Pro/MECHANICAStructure简介2021/8/231.1Pro/MECHANICA及其工作模式简介2021/8/24美国PTC公司的Pro/ENGINEERWildfire是集CAD/CAM/CAE于一体的大型设计软件，其中，CAE常用的模块为Pro

2、/MECHANICA（Pro/M）。Pro/MECHANICA包含Structural和ThermalSimulation（结构和热模型）两个模块，其中，Structural主要用于解决模型结构方面的问题，ThermalSimulation主要计算与热传递有关的问题。Pro/MECHANICA有两种工作模式：集成模式和独立模式。前者是在Pro/ENGINEER的操作界面下进行的，后者是在单独的Mechanica环境下进行的。本次课程主要讲述Structural（结构）分析模块在工程结构方面的应用，为方便起见，均采用集成模式进行分析。1.2集成

3、模式与独立模式2021/8/251.集成模式所谓的集成模式，即是在Pro/ENGINEERWildfire5.0环境下集成了Pro/MECHANICA的仿真功能，在不脱离Pro/ENGINEER用户环境的情况下，可以创建模型、分析模型并优化模型。不过在此模式下又包含两种模式，即软件自带模式和FEM（FiniteElementMode）模式。软件自带模式为常用的模式；FEM模式表示有限元分析模式，在这种模式下，没有求解器，需要借助第三方软件求解，但是在Pro/ENGINEER中可以完成材料的设置、模型的理想化、约束及载荷的设置和模型网格的划分。

4、2.独立模式这种模式下，Pro/MECHANICA作为一个独立的软件运行，进行建模、分析及设计优化，与Pro/ENGINEER没有关联。在独立模式下，可以在Pro/ENGINEER中进行几何建模，然后导入到Pro/MECHANICA中进行分析，也可以从其他CAD软件中创建模型进行导入，或者直接在Pro/MECHANICA中创建模型。存在的弊端在于当在Pro/MECHANICA中进行了模型的参数优化后，Pro/ENGINEER中的模型并不会随之更新。因此该模式的操作性欠佳。022.Pro/MECHANICA基本分析流程2021/8/262Pro

5、/MECHANICA基本分析流程2021/8/27本次课程主要讲述的内容为Pro/MECHANICA中集成模式中的软件自带模式下的分析过程，因此分析流程着重讲述软件自带模式下的情况。集成模式下的分析流程与其他传统的分析流程基本类似，主要包括四部分：创建模型——分析模型——定义设计参数和变量——优化模型。其中，创建模型主要包括：在Pro/ENGINEER中创建几何模型或者从第三方软件中导入几何模型，然后进行模型的简化，定义系统的单位，添加载荷、约束和材料性能参数等，检查自动化分的网格。分析模型主要包括：定义一个分析任务，运行分析，查看分析结果。

6、定义设计参数和变量主要包括：定义设计参数和变量，修改模型的外形或特性参数。优化模型。优化模型主要包括：定义灵敏度和优化项目，运行项目，观察项目的优化结果，更新模型。上面所描述的分析流程代表最常用的方法。最终所使用的工作流程，将取决于分析者的设计过程、所要实现的目标以及模型的性质等。033.有限元分析实例2021/8/283.1实例1：集中载荷作用下的悬臂梁顶端位移2021/8/29问题描述：如图所示为一端固定，另一端受集中载荷的悬臂梁。梁的截面形状是正方形，尺寸为40mm*40mm，长度为400mm。梁的自由端承受400N的力。分析梁在集中载

7、荷作用下的变形和受力。3.3模态分析2021/8/210任何一个结构或机械部件都有固有频率。如果外部激励的频率和这个固有频率接近，会使结构产生共振，最终导致结构或机械部件收到破坏。因此，在机械或结构设计中，设计师需要知道所设计的结构或部件的固有频率，尽量让外部激励避开固有频率或者最大限度地减少对固有频率的激励，从而消除震动。在Pro/MECHANICA中，模态分析的主要任务就是研究没有阻尼的自由振动。自由振动意味着没有给结构或部件施加外部载荷，那么模拟分析的任务就是找出系统动能和势能的平衡点，即固有频率。3.2实例2：建筑结构频率分析2021

8、/8/211问题描述：如图所示的梁结构，对其进行模态分析。梁的截面形状为中空矩形，截面长80mm、宽50mm、壁厚5mm，整个梁的长度为1000mm，梁的材料为AL