1、.作者:史庭足利用FEA做結(jié)構(gòu)和熱力分析,提供了一種在給定工作條件和材料的情況下評(píng)估模型應(yīng)力應(yīng)變和熱分布的方法使用這些分析工具和其他Pro/ENGINEER內(nèi)置的函數(shù),可以對(duì)用戶定義的目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量通常這一目標(biāo)和許多設(shè)計(jì)尺寸直接相聯(lián)系改變這些尺寸的值或者設(shè)計(jì)變量,自定義的目標(biāo)也相應(yīng)改變優(yōu)化設(shè)計(jì)就是對(duì)于用戶自定義的設(shè)計(jì)目標(biāo),自動(dòng)搜尋這些變量的最佳值在大多數(shù)應(yīng)用中,規(guī)定了一系列的設(shè)計(jì)約束來(lái)指定所允許的設(shè)計(jì)變量的邊界 一概述 在Pro/ENGINEER中,優(yōu)化設(shè)計(jì)工具通過(guò)一系列設(shè)計(jì)分析迭代來(lái)逼近目標(biāo),同時(shí)滿足定義的任一設(shè)計(jì)限制,它也可以用來(lái)測(cè)試某一設(shè)計(jì)對(duì)特定約束或者限制的可行性在可行性分析中,無(wú)需定義

2、目標(biāo) 在這個(gè)案例中,筆者用齒輪和齒輪軸的例子來(lái)闡述優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法,如圖1所示 為了簡(jiǎn)化問(wèn)題,筆者假定齒輪軸是一個(gè)鋼制作的實(shí)體,考慮最小質(zhì)量為設(shè)計(jì)目標(biāo),選擇齒輪寬度d4作為設(shè)計(jì)變量其他已知參數(shù)如表所示 材料為鋼; 尺寸:d0d1d6d7d3d11d12和整個(gè)零件長(zhǎng)度不變; 零件承受應(yīng)力不超過(guò):7x108(lbm/s2in2) 零件兩端固定; 載荷(磅),作用在齒輪圓柱體外表面 優(yōu)化設(shè)計(jì)獲得尺寸d4的最佳值并使部件的重量最小 二模型創(chuàng)建 創(chuàng)建幾何模型并添加機(jī)械性能 1.創(chuàng)建齒輪軸的實(shí)體模型 在Pro/ENGINEER中,創(chuàng)建模型,因?yàn)樾枰ＷC軸的長(zhǎng)度,同時(shí)要調(diào)整緯度d4,因此筆者添加一個(gè)緯度關(guān)系:

3、d7=l1-d4 2.啟動(dòng)Pro/ENGINEER Mechanica 開(kāi)始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在Pro/ENGINEER中,選擇“Application”“Mechanica”,按照Pro/ENGINEER結(jié)構(gòu)分析指南,指派材料,施加約束,施加載荷,并對(duì)模型網(wǎng)格化為了定位載荷,不要忘記插入平面區(qū)域最后完成的零件如圖2所示這時(shí)候模型就可準(zhǔn)備做最優(yōu)化設(shè)計(jì)分析了 三靈敏度分析 在機(jī)械設(shè)計(jì)中,各種設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)目標(biāo)相互關(guān)聯(lián)的方式不一為了探明這些設(shè)計(jì)變量以何種方式影響設(shè)計(jì)目標(biāo),用靈敏度分析或者靈敏度研究來(lái)確定關(guān)鍵參數(shù),以便更好地實(shí)施設(shè)計(jì)最優(yōu)化問(wèn)題 在Pro/ENGINEER中,靈敏度分析包括全局靈敏度分析和局部

4、靈敏度分析 全局靈敏度分析研究設(shè)計(jì)參數(shù)在其整個(gè)可能的取值范圍內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)模型的影響 局部靈敏度分析著重于一個(gè)特定參數(shù)的值,分析該參數(shù)變化趨勢(shì)也就是曲線斜率對(duì)性能的影響 1.全局靈敏度分析 全局靈敏度分析按下列步驟進(jìn)行:依次選擇“Mechanica”“Analysis”“Mechanica Analysis/Studies”在“Design Study Definition”對(duì)話框中,點(diǎn)擊“File”“New Sensitivity Design Study”,選擇分析類型“Global Sensitivity”,打開(kāi)如圖3所示對(duì)話框 鍵入設(shè)計(jì)說(shuō)明(可選),取新的設(shè)計(jì)分析為“Gear_global”

5、,缺省類型是 Global Sensitivity從列表中選擇分析項(xiàng)目這里選擇分析“gear_static”在Variables選項(xiàng)卡的右邊,點(diǎn)擊Select Dimension按鈕從模型中選擇齒輪寬度d4,當(dāng)前值是3設(shè)置Start值為0.5,End值為4,在窗口底端,接受默認(rèn)步長(zhǎng)數(shù)值為10點(diǎn)擊“OK” 圖4的分析結(jié)果表明,零件總的質(zhì)量正比于零件總質(zhì)量這樣d4的最優(yōu)值僅僅受設(shè)計(jì)約束的限制另一方面,如圖5所示,當(dāng)p4的值小于0.75時(shí),最大應(yīng)力急劇增加因此可以得出結(jié)論,只要保證齒輪寬度參數(shù)大于p4,就可以盡可能減少零件總質(zhì)量,同時(shí)對(duì)應(yīng)力沒(méi)有顯著的影響 2.局部靈敏度分析 局部靈敏度分析步驟如下

6、在Design Study Definition對(duì)話框中,點(diǎn)擊“File”“New Design Study”,選擇分析類型“Local Sensitivity”,打開(kāi)如圖6所示對(duì)話框鍵入分析說(shuō)明(可選)從列表中選擇分析類型選擇變量d4,在變量列旁邊有一列“Settings”其值決定要對(duì)哪一點(diǎn)進(jìn)行敏感性分析在本例中,我們分析p4=0.5和p4=3兩點(diǎn)的靈敏度點(diǎn)擊“OK” 局部靈敏度分析表明,設(shè)計(jì)參數(shù)d4,對(duì)整個(gè)零件質(zhì)量有類似的靈敏度,而在兩個(gè)不同的點(diǎn):0.5和3,其應(yīng)力靈敏度顯著不同,如圖7和圖8所示 圖7 局部靈敏度(d4=3)圖8 局部靈敏度(d4=0.5)四優(yōu)化分析 1.設(shè)計(jì)定義 依次選

7、擇“Analysis”“Mechanica Analysis/Studies”“File”“New Optimization Design Study”,打開(kāi)如圖9所示的對(duì)話框鍵入“Gear_ Optimization”作為研究項(xiàng)目名Type是優(yōu)化(缺省)Goal是最小化總質(zhì)量在Variable區(qū)域,點(diǎn)擊測(cè)量從測(cè)量列表中選擇“max_stress_vm”,并鍵入上限值7e+08在Variable區(qū)域,點(diǎn)擊,選擇Dimension按鈕,添加齒輪寬度選擇最小值0.5,最大值4選擇分析“gear_static”,估算應(yīng)力如果沒(méi)有其他的分析變量,這個(gè)是缺省的檢查Option按鈕,設(shè)置優(yōu)化估算為Automatic,收斂和迭代限制設(shè)置為缺省值在Analysis and Designs Studies窗口中,點(diǎn)擊“Info”“Check Model”,確保模型沒(méi)有任何問(wèn)題接著,點(diǎn)擊“Run”,開(kāi)始優(yōu)化點(diǎn)擊“Info”“Status”,觀察優(yōu)化過(guò)程 2.優(yōu)化結(jié)果和報(bào)告 如同結(jié)構(gòu)分