Proe野火版4.0-5.0机械结构分析实战.pdf

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书资料大小：21.46M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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作者序有限元分析工具目前已经非常成熟了，其求解能力和易用性也在逐年提升，对实践的指导意义越来越大。目前市面上已经出现了大量针对各种软件的教程和研究性书籍，这些书籍在普及有限元分析概念、普及软件功能及使用方面起到了很好的作用，使得我们不必再直面繁杂的微积分符号和矩阵表达式，终于可以轻松一些的面对当前的实际问题。至少给我们提供了一个新的角度来提高自己分析问题、解决问题的能力，即从研究工具本身的功能入手，避免在满是公式和原理的理论大海中迷失方向。诚然，没有一个好的理论基础却想做好有限元分析是不容易的，就好像无根的大树一样，一到关键时候就被卡住，但是如果要求我们先掌握理论基础再研究工具也是不现实的，那么就根据自己的实际情况酌情考虑吧，一点有益的经验就是实践、遇到问题、寻求理论支持、再实践.. .如此反复。念过大学，读了硕士，博士毕业了，各类证件都已握在手中，但是只有自己最清楚所掌握的知识适合解决什么类型的问题，自己到底可以做些什么。步入社会了，从事分析工作的我们会有这样的共识：当遇到问题的时候，还是踏踏实实的再学习吧，就不要计较以前学过什么了，抱怨是成功的天敌呀，只要从现在开始努力，就都还来得及。然后我们就会根据工作需要，仔细研究企业现有的分析工具，试图找到一种切实可行的分析方法来适应当前的工作内容。分析工具自带的帮助文档基本都是英文的，那么就到网上找些中文的资料来潜心阅读，再到各大论坛上认识一些前辈，希望在关键的时候可以给予点拨。当然也会到各类书城中浏览一番，最好能够遇到“一见倾情”的工具书，最起码可以帮助自己走出当前的困境，如果还能够让自己“更上一层楼”最好。现在网上购书也非常方便，在搜索栏里输入自己关心的软件名称或模块内容，会有大量的参考书目供自己选择，这个时候我们就要好好分辨一下了，多看看目录和简介，如果你不差钱的话，可以不用太仔细，多买几本，等到手以后再仔细研究该书的实用性.. . 我们实验室从 2000 年就开始从事工程实际结构的力学分析及试验，这些年下来大大小小的分析项目也做了很多，比如码头、电厂用的堆取料机，塔吊、履带吊、汽车吊，还有泵车、消防车、鼓风机等。软件从 SAP93 到 ALGORv19，从 ANSYS 5.7 到 ANSYS 12.0 WorkBench 环境。ANSYS 软件的能力是毋庸置疑的，现在 ANSYS 软件还在继续使用。另外，这两年来我们根据合作企业的软件环境，从实际项目需要出发，正在尝试使用 Pro/Engineer 的 Mechanica 模块（以后用 Pro/Mechanica 来表达这个分析环境），经过这一年多来的实际应用，逐渐认识到 Pro/Mechanica 环境给我们带来的高效率。我们使用 Pro/Mechanica 环境主要进行结构的局部详细分析和参数化分析系统建立。 1

常用的分析功能主要是带有接触的静力分析，在这一点上 Pro/Mechanica 环境确实有其独到之处，整个分析过程包括参数定义与引用、几何模型建立与处理、属性与边界定义、求解及结果处理，这些过程都体现了 Pro/Mechanica 环境的易用性、实用性、好用性。因为这些优点，再加上目前市面上确实关于实际问题研究的书籍不多，我们就有了写本书的想法：即从 Pro/Mechanica 环境出发，结合我们多年的实际项目经验，让读者了解结构分析的要点，希望读者在实际工作中多些借鉴，少些困惑。从严格意义上说，本书的语言没有像市面上很多书籍那么规范和科学，很多时候更像是两个老朋友在反复交流和探讨，但愿读者可以从中体会出从事实际问题研究的不易，体会到要想很好的解决实际问题确实需要付出很多心血。因为我们的分析数据不是用来自我欣赏的，确实是要辅助设计的，设计的安全就是生命财产的安全！所以在分析的时候付出再多的努力都是值得的，我们的目标就是得到可靠的分析数据，为企业的结构设计提供有价值的数据。本书面向的读者群为正在从事结构分析的人员，尤其适合从事实际问题研究和处理的人员。本书中很多内容都是笔者这些年的经验，对于刚开始分析事业的人员，由于书中非教程式的论述，可能不适合，但就理解问题本身和解决思路上还是值得借鉴的。考虑到结构分析是一项非常细致的工作，处理环节众多，验证环节也多，只有对很多细节都清楚才会得到一个可靠的结果，所以这就导致很多人员在从事结构分析的过程中对分析结果没有信心（几何、单元、边界、及结果查看，皆要保证合理性、正确性才行），往往就发出“算个大概”，“仅供参考”，“不精确”等感慨；还有对模型的简化程度与结果精度的关系认识不深刻，对同一个问题也很少从多个角度、采用多种方式来对比研究，自然对得到的结果不会有更深刻的认识了。其实结构的简化方式是有很多选择的，简化程度具有很大的“伸缩”空间，刚开始接触分析的人员对这种“伸缩”是不可能有深刻认识的。举一个简单的悬臂 H 型梁，根部约束，端部加载，如果你要得到端部挠度 f 或根部应力 s，最简单的方式就是利用材料力学公式计算，如果你想通过软件来进行该问题的求解，那么使用梁单元最适合（说最适合是因为你只关心 f 和 s，这一点非常关键，作为梁单元模拟，结果与解析法计算很一致，但注意用梁只能得到 f 和 s，如果你也关心其他的结果，比如腹板的应力分布，对不起，此时就不适合了）。从模拟的几何来说体现的就是“缩”，即原来实际结构“缩”成一条线了。现在，你除了关心 f 和 s 外还想看一下腹板的应力分布，验证一下中性层的概念，那么此时的梁单元就不能胜任了，这时候需要利用壳单元来构建翼缘和腹板。使用壳单元模型简化 H 型梁，模型的规模与梁相比增大很多，求解时间是梁求解的好几倍，但是得到的结果却比梁所能提供的多很多，至少腹板的应力分布一目了然，中性层的概念体现的也很好，此处就体现了付出和回报的关系，即因为你付出了更多的精力来简化模型，所以得 2

到了更多的结果数据。同理，如果你特别关心翼缘与腹板连接处的应力，那么壳单元也无法满足了，因为壳单元模型在几何上并没有表述清楚连接的局部，此时实体单元就派上用场了，还是那句话你在模型上花费的“有效”精力越多，可查看的结果也越多。这个分析模型随着关心的问题增加，几何上从线到块，单元上从梁到实体，空间上从 1 维到 3 维，可以形象的理解为从“缩”到“伸”，此即是模型简化的“伸缩”。如上对比的是简化程度与结果精度的问题，相信读者从这个角度应该理解了为什么软件会提供这么多单元类型了。关于结构分析还有模型规模与计算效率的问题，我们应该从关心的问题和结果的精度角度来权衡。还比如结构分析中的各种连接，包括焊接、接触、螺栓连接等很多常见问题在正文中会结合具体问题来探讨。希望读者在浏览本书之后，没有“后悔买了这本书”的念头就好.. . 3

目录第 1 章前言.........................................................................................................................1 第 2 章 Pro/Mechanica 简介................................................................................................3 2.1 寻找适合的分析环境 ..........................................................................................3 2.2 Pro/Mechanica 的特点 ..........................................................................................4 第 3 章 Pro/Mechanica 的有效性证明................................................................................5 3.1 等强度梁的应力分析 ..........................................................................................5 3.1.1 试验研究.................................................................................................6 3.1.2 解析法计算.............................................................................................7 3.1.3 Pro/Mechanica 分析.................................................................................7 3.1.4 各种方案对比研究.................................................................................9 3.2 材料力学之组合变形问题分析 ........................................................................10 3.2.1 解析法计算...........................................................................................11 3.2.2 ALGOR v18 梁分析 ..............................................................................11 3.2.3 Pro/Mechanica 梁分析...........................................................................13 3.2.4 Pro/Mechanica 实体分析.......................................................................15 3.2.5 各种方案对比研究...............................................................................18 3.3 弹性力学之孔边应力集中问题分析 ................................................................20 3.3.1 解析法计算...........................................................................................20 3.3.2 Pro/Mechanica 壳单元分析...................................................................20 3.3.3 ANSYS 12.0 经典环境壳单元分析......................................................22 3.3.4 各种方案对比研究...............................................................................25 3.4 接触问题验证 1 .................................................................................................26 3.4.1 Pro/Mechanica 实体分析.......................................................................27 3.4.2 对比研究...............................................................................................28 3.5 接触问题验证 2 .................................................................................................28 3.5.1 解析法计算...........................................................................................29 3.5.2 Pro/Mechanica 悬臂梁验算...................................................................29 3.5.3 Pro/Mechanica 接触计算.......................................................................30 3.5.4 ANSYS 12.0 经典环境接触计算.........................................................30 3.5.5 ANSYS 12.0 WorkBench 接触计算.....................................................31 3.5.6 各种方案对比研究...............................................................................32 3.6 小结 ....................................................................................................................32 第 4 章零部件的分析.......................................................................................................33 4.1 “三弹性体”对计算精度的影响 ....................................................................33 4.2 某水泥钢板仓分析 ............................................................................................36 4.2.1 模型处理...............................................................................................37 4.2.2 载荷校核...............................................................................................40 4.2.3 计算结果...............................................................................................42 1

4.3 某塔冒结构分析................................................................................................ 43 4.3.1 模型处理 .............................................................................................. 43 4.3.2 结果对比 .............................................................................................. 49 第 5 章简单装配体的分析...............................................................................................53 5.1 两两装配关系研究 ............................................................................................ 53 5.2 某整体俯仰式斗轮机配重架分析 .................................................................... 54 5.2.1 研究 1：载荷施加方式对结构应力的影响........................................ 55 5.2.2 研究 2：销轴模拟方式对被连接件应力的影响................................ 58 5.2.3 研究 3：网格密度及求解方式对被连接件应力的影响.................... 61 5.2.4 研究 4：网格密度及求解方式对销轴应力的影响............................ 63 5.2.5 问题总结 .............................................................................................. 69 5.3 某塔架地基法兰螺栓分析 ................................................................................ 69 5.3.1 ANSYS 12.0 WorkBench 的螺栓分析.................................................. 69 5.3.2 Pro/Mechanica 的螺栓分析 .................................................................. 72 5.3.3 问题总结 .............................................................................................. 75 5.4 某吊臂搭接部位接触分析 ................................................................................ 76 5.4.1 研究 1：实体划分区域大小对应力分布的影响................................ 77 5.4.2 研究 2：滑块的材料对接触应力的影响............................................ 79 5.4.3 研究 3：网格剖分密度的影响，不同求解方式的区别.................... 80 5.4.4 问题总结 .............................................................................................. 82 5.5 小结.................................................................................................................... 82 第 6 章复杂装配体分析...................................................................................................83 6.1 简易车架模型研究 ............................................................................................ 83 6.1.1 研究 1：载荷施加方式研究................................................................ 86 6.1.2 研究 2：接触定义研究........................................................................ 92 6.1.3 研究 3：连接部位 C6 销轴接触问题研究....................................... 100 6.1.4 研究 4：多种载荷组合批量处理研究.............................................. 102 6.1.5 问题总结 ............................................................................................ 105 6.2 某门式刮板取料机连接关系研究 .................................................................. 106 6.2.1 设备简介 ............................................................................................ 106 6.2.2 研究内容 ............................................................................................ 107 6.2.3 【A】钢丝绳卷扬系统的模拟.......................................................... 108 6.2.4 【B】刮板悬臂架根部铰接的模拟.................................................. 110 6.2.5 【C】柔性腿侧球铰的模拟.............................................................. 111 6.2.6 【D】拨叉与两侧带有间隙的接触.................................................. 113 6.2.7 【E】柔性侧的位移限制 .................................................................. 114 6.2.8 计算结果 ............................................................................................ 114 6.3 某门式斗轮堆取料机结构分析 ...................................................................... 115 6.3.1 模型的建立与有限元定义................................................................. 115 6.3.2 模型的连接关系说明......................................................................... 121 2

6.3.3 模型的调试与完善.............................................................................124 6.3.4 载荷与工况分析.................................................................................125 6.3.5 结果说明.............................................................................................126 6.3.6 正反导轮接触定义与“杆”定义问题研究.....................................127 6.3.7 问题总结.............................................................................................133 6.4 某门式斗轮堆取料机结构分析 ......................................................................134 6.4.1 要点[1]：各部件基本模型建立 ........................................................135 6.4.2 要点[2]：各部件间连接关系模拟 ....................................................137 6.4.3 要点[3]：各类载荷施加 ....................................................................149 6.4.4 要点[4]：载荷组合与设备工作姿态研究 ........................................150 6.4.5 要点[5]：模型的分析与具体安装过程的探讨 ................................151 6.5 小结 ..................................................................................................................153 第 7 章关于批量处理的研究.........................................................................................155 7.1 批量计算问题的提出 ......................................................................................155 7.2 解决办法 ..........................................................................................................155 7.3 批量程序具体应用说明 ..................................................................................156 7.3.1 前期准备.............................................................................................156 7.3.2 Pro/E 界面操作生成批量计算文件....................................................158 7.3.3 批量计算文件的提交.........................................................................162 7.3.4 批量结果提取.....................................................................................164 第 8 章关于参数化建模的研究.....................................................................................165 8.1 参数化建模的提出 ..........................................................................................165 8.1.1 定义.....................................................................................................165 8.1.2 目的.....................................................................................................165 8.1.3 意义.....................................................................................................165 8.1.4 对程序实现人员的要求.....................................................................165 8.2 以往的参数化建模项目回顾 ..........................................................................166 8.2.1 整体俯仰式斗轮机上部金属结构参数化建模处理系统介绍 .........166 8.2.2 底盘结构件参数化建模程序介绍.....................................................168 8.2.3 深松铲形状优化程序介绍.................................................................169 8.2.4 装载机工作装置参数化建模处理系统介绍.....................................171 8.3 当前参数化建模方案介绍 ..............................................................................174 8.4 小结 ..................................................................................................................176 第 9 章附：Pro/Mechanica 常用功能研究....................................................................177 9.1 关于壳对与壳的研究 ......................................................................................177 9.1.1 问题研究.............................................................................................179 9.1.2 模型 1：使用壳单元分析..................................................................180 9.1.3 模型 2：使用实体单元分析..............................................................181 9.1.4 模型 3：零件环境中利用【壳对】定义的壳单元分析 ..................182 9.1.5 模型 4：零件环境中【壳对】定义，组件环境中分析 ..................182 3

9.1.6 结果对比 ............................................................................................ 183 9.1.7 小结 .................................................................................................... 186 9.2 关于 P-Level 的理解 ....................................................................................... 187 9.2.1 问题研究 ............................................................................................ 187 9.2.2 Pro/Mechanica 分析模型 .................................................................... 188 9.2.3 ANSYS 经典环境分析模型............................................................... 188 9.2.4 结果对比 ............................................................................................ 189 9.2.5 小结 .................................................................................................... 189 9.3 关于分解视图功能在后处理环境中的实用性 .............................................. 190 9.4 关于接触的理解.............................................................................................. 192 9.4.1 一种力的传递行为 ............................................................................ 192 9.4.2 只发生在“实体表面”之间。............................................................. 193 9.4.3 接触定义的方式 ................................................................................ 193 9.4.4 接触定义的继承 ................................................................................ 196 9.4.5 接触定义的验证 ................................................................................ 197 9.4.6 接触问题研究实例 ............................................................................ 197 9.5 关于结果查看中几个常用功能 ...................................................................... 214 9.5.1 文件菜单功能列表 ............................................................................ 214 9.5.2 查看菜单列表 .................................................................................... 217 9.5.3 插入菜单列表 .................................................................................... 219 9.5.4 信息菜单列表 .................................................................................... 222 9.5.5 格式菜单列表 .................................................................................... 223 4

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