基于Pro/Mechanica提高分析准确度的应用

袁平定，甘雄涛，方春阳，庞江涛

（许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000）

随着我国工业深入发展，先进的设计工具得到了广泛的使用。基于3D软件Pro/E建模，用其无缝集成的Pro/Mechanica做结构分析，不需第三方软件进行模型转换和修补，方便快捷。在其集成模式上，经Pro/Mechanica优化分析,其结果可直接反映到原设计模型上，其过程反应了真实的设计过程，节省了不必要的重复设计，提高设计效率，使设计工作大为简化。

本文主要介绍通过绝对精度进行零件建模，提高模型的自身精度，并在网格创建时，通过多种措施提高网格划分（细分）品质，提高分析准确度。

1 模型精度设置

基于Pro/Mechanica分析的模型创建是指：用Pro/E进行零件建模（及简化模型），增加像坐标系和区域这类必要元素，添加材质、载荷、约束等属性，实施理想化模型简化（构建弹簧、梁、抽壳元素）和网格创建。其目的是：达到用最简单的模型，花费最少的资源（计算机硬件配置要求最低和计算求解时间最短），并给予足够可靠的分析结果。

在Pro/E零部件建模中，系统默认的精度为相对精度，并非绝对精度。提高零件的绝对精度值不仅对单个零件的分析至关重要，而且对组件影响更为明显。在装配体中，装配模型精度可确定是合并处理还是单独处理，以及在网格创建时，两个元件网格创建的成功程度，进而影响到分析结果的准确度。

（1）模型建模精度设置原则

在模型创建之前，系统设置为绝对精度。避免在装配体中网格化时，两个零件的成功程度问题和单个零件精度不足造成网格精度失真。由于两零件的相对精度差异导致网格划分品质欠佳，进而牺牲了分析结果的准确度。其关系为：

绝对精度（α)=相对精度（β）×零件尺寸（δ）。

在β一定的情况下，提高α精度值，δ精度值才会高。绝对精度的设置方法：在Pro/E的配置文件中（config.pro），添加 Enable_sbsolute_accuracy 值 yes。

（2）模型精度设置原则

零件建模的绝对精度设置在0.01 mm～0.001 mm是一个相对合适值。精度越高，在求解器求解运算过程中，就需要消耗系统较多的资源。在装配体中，零件尺寸相差不大情况下，精度值设置稍大些（0.01 mm）；若零件尺寸相差较大，则精度值设置的就偏小些（0.001 mm）。

（3）零件建模顺序设置

依据设计分析目的，用最简单、最直接的方法，把模型信息表现出来。分析模型能直接反应设计目的信息。如果建模方法不当，或顺序复杂，就会在分析过程中找不到需要的模型特征信息，最终导致建模无法继续进行，进而导致在优化分析时，出现过程中产生的模型特征变化非设计预期，甚至与设计初衷背道而驰的现象。如在优化分析时，需直接选中目的设计变更量，而在模型中，此特征为间接形成，导致分析时过程复杂，不可控制。另外，由于累加精度的影响，导致网格划分拟合精度的降低现象，影响了分析结果的精确度。在草绘设置中，使用约束不当，在优化分析时，造成模型特征变化范围窄，达不到设计预期目的。

2 模型网格划分评价准则

零件的网格划分越好（细腻、逼真），分析结果就越准确。在创建网格时，应设法提高网格划分品质，提高分析的准确度。

（1）奇点。奇点会导致应力集中和位移的无穷大。在网格划分时，应设法消除，以提高分析的可信度。通过使用分布的载荷和约束，避免可能会造成结果失真的单一应力或位移集中。在网格划分前，通过创建隔离区域，使网格划分能精确控制。在AutoGEM控制排除的隔离，以围绕单个点、边或凹角创建小过度元素为目标。在定义分析时，选中“排除的元素”，在计算收敛性和测量时，忽略所选过渡元素，以最小化降低奇点对分析结果的影响，如表1所示。

表1 约束和载荷分别对产生奇点的影响[1]

（2）根据研究项目的重点不同，区别对待研究区域，细分局部网格。在研究关注的重点区域，细化局部网格，提高关注点分析结果精确度。在分析时，通过创建特定区域，使现有的网格再细化，能更加逼真地模拟真实条件。在一般情况下，通过增加局部曲面区域或局部体积快区域影响网格的划分细腻程度。

图1 奇点消除、曲面区域和体积块区域网格划分、应力分析图

在图1中，左侧模型应用硬点分布载荷到两条线中间的曲面区域，以消除奇点的影响；中间模型通过曲面区域（两条线中间部分）和体积块区域（圆孔周围）后细分网格；右侧图形显示静态分析的应力分布。

（3）整体提高零件网格划分细腻程度[2]。当零件网格划分显得粗糙时，可通过AutoGEM设置项，更改边、面最大值和最小值，以及最大边翻转角度值，使其生成的网格整体更加细腻，更加逼真地模拟真实条件。同时可以附加AutoGEM控制下的“最大长度元素尺寸”、“边分布”和“最小边长度”控制网格的生成细腻程度。壳元素网格在自动创建时，显得粗糙，表2为壳元素缺省值和推荐值的设置。

表2 壳元素缺省设置和推荐设置

3 结束语

从设计的源头入手，提高其模型自身的设计精度，为分析提供了一个良好的基础。再通过区别对待研究对象，影响局部网格划分品质或提高模型网格整体划分品质，使其更加逼真地模拟真实条件，提高分析的精确度。Pro/E的分析模块Pro/Mechanica是一个非常方便的设计工具。其良好的易操作性，提供了更多网格控制设置空间，能显著提高设计师工作效率。