Pro/MECHANICA与ANSYS在装配体结构分析中的应用比较

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    2.利用Pro/MECHANICA模块进行分析

    Pro/MECHANICA有两种工作模式:集成模式和独立模式。前者在Pro/ENGINEER环境界面下工作,可以直接利用Pro/ENGINEER模型进行网格划分工作。后者在Pro/MECHANICA界面下工作,有限元模型可以由Pro/MECHANICA直接创建,也可以从其他CAD系统中输入几何模型数据。

    本文采取集成模式。具体分析步骤如下。

    (1)安装好Pro/ENGINEER与Pro/MECHANICA后,进行一定的连接操作,完成两者的匹配,使Pro/MECHANICA以集成模式工作。

    (2)在Pro/ENGINEER下建立三个零件的零件图,指定零件间的装配关系,形成组件。

    (3)在Pro/ENGINEER主菜单上选择“Applications”→“Mechanica”,单击“Continue”,使系统进入“Pro/MECHANICA”环境,然后在MECHANICA菜单管理器中选择“Structure”,系统进入结构分析主界面。

    (4)定义材料属性(可以在材料库中直接选择“STEEL”)、约束和载荷。其中重力载荷就是习惯的方向,即若施加负y方向的重力,即指定负y方向的加速度。为避免应力集中,外载荷和约束不要加在单点上,应将它平均分配到整条边或整个面上。

    (5)单击“Analyses”→“Mechanic Analyses/Studies…”弹出“Analyses and Design Studies”对话框,建立新的分析任务,进行有限元计算。

    值得注意的是,我们并没有人为地进行划分网格的操作,但若在“Analyses and Design Studies”对话框点击“Info”→“Status”进行查看,可以发现有这样一段话:

    ...Checking the model before creating elements...These checks take into account the fact that AutoGEM will automatically create elements…

    这表示,虽然网格没有被显示,但Pro/MECHANICA软件内部已经自动划分了网格。除了自动划分网格外,也可以对网格进行人为控制,不过一般情况下自动划分的网格精度已经能很好地满足要求。

    (6)点击“Analys”→“Results…”显示计算结果,仍然选取“Stress”→“von Mises”,得到等效应力云图,如图4所示。



图4 Pro/MECHANICA得到的等效应力云图

    最大值是1.113E+6,与图3的结果1.02E+6很接近,相差8.356%。

    3.比较结果

    通过上面的比较,我们可以发现在进行简单装配体机构分析时,ANSYS有以下不足:(1)没有单位提示,即若输入长度100它不识别是100 还是100 ,因此在输入数据时要特别小心,一定要采用封闭的整套单位,否则会带来结果错误;(2)载荷更改不方便;(3)重力加载与习惯方向不同;(4)若要得到较 好结果,需对网格尺寸进行人为控制;(5)装配体不识别,必须用布尔运算对装配体操作后,才可以计算。

    与此相比,Pro/MECHANIC有单位提示,并且在在窗口直接显示约束和载荷名称,更改时只需选中名称,选择相应的Edit definition或其他操作即可,而且可以不用人为控制,就能得到较好的网格划分,另外在零件装配后,无需任何操作即可直接分析。


二、复杂装配体的结构分析

    复杂装配体指装配体的零件形状复杂或零件个数较多。

    下面以SGA3550矿用汽车整车满载静止于水平路面时,驱动桥桥壳和A形架的装配体应力分析为例,比较ANSYS和Pro/MECHANICA在分析复杂装配体结构时的不同。

    1.利用ANSYS软件对复杂装配体进行分析

    用Pro/ENGINEER建 好模型后,如果不做任何简化,向ANSYS导入时,系统会提示模型有1000多个面,这是因为ANSYS软件对造型软件的一些处理方法无法识别,模型又过 于复杂致使导入失败。因此必须对模型进行简化,例如删除倒角及非承载部分等,这一过程需要大量反复的修改尝试,同时也是目前对桥壳分析时常采用的方法。在 模型导入成功后,也会出现因ANSYS无法对模型的一些特征进行网格划分,网格划分失败的现象,使后续工作无法进行下去,因此,只能对模型再次简化(在多 数情况下,模型的简化工作将占总工作量的50%以上)。显然,这种反复修改工作量大,效率低。而且最后简化的模型与原模型相差比较大,计算结果精度不是很 理想。

    2.利用Pro/MECHANICA模块对复杂装配体进行分析

    无需对模型做任何简化处理,也无需人为划分网格(自动划分的网格精度较高),只需要按照2.2的分析步骤,设置约束和载荷即可,载荷的大小可以由力学方程计算得到。

    最后得到的应力云图,如图5所示。



图5 驱动桥壳与A形架装配体等效应力云图

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