袁平定，甘雄濤，方春陽，龐江濤

（許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000）

隨著我國(guó)工業(yè)深入發(fā)展，先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具得到了廣泛的使用?；?D軟件Pro/E建模，用其無縫集成的Pro/Mechanica做結(jié)構(gòu)分析，不需第三方軟件進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換和修補(bǔ)，方便快捷。在其集成模式上，經(jīng)Pro/Mechanica優(yōu)化分析,其結(jié)果可直接反映到原設(shè)計(jì)模型上，其過程反應(yīng)了真實(shí)的設(shè)計(jì)過程，節(jié)省了不必要的重復(fù)設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)工作大為簡(jiǎn)化。

本文主要介紹通過絕對(duì)精度進(jìn)行零件建模，提高模型的自身精度，并在網(wǎng)格創(chuàng)建時(shí)，通過多種措施提高網(wǎng)格劃分（細(xì)分）品質(zhì)，提高分析準(zhǔn)確度。

1 模型精度設(shè)置

基于Pro/Mechanica分析的模型創(chuàng)建是指：用Pro/E進(jìn)行零件建模（及簡(jiǎn)化模型），增加像坐標(biāo)系和區(qū)域這類必要元素，添加材質(zhì)、載荷、約束等屬性，實(shí)施理想化模型簡(jiǎn)化（構(gòu)建彈簧、梁、抽殼元素）和網(wǎng)格創(chuàng)建。其目的是：達(dá)到用最簡(jiǎn)單的模型，花費(fèi)最少的資源（計(jì)算機(jī)硬件配置要求最低和計(jì)算求解時(shí)間最短），并給予足夠可靠的分析結(jié)果。

在Pro/E零部件建模中，系統(tǒng)默認(rèn)的精度為相對(duì)精度，并非絕對(duì)精度。提高零件的絕對(duì)精度值不僅對(duì)單個(gè)零件的分析至關(guān)重要，而且對(duì)組件影響更為明顯。在裝配體中，裝配模型精度可確定是合并處理還是單獨(dú)處理，以及在網(wǎng)格創(chuàng)建時(shí)，兩個(gè)元件網(wǎng)格創(chuàng)建的成功程度，進(jìn)而影響到分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

（1）模型建模精度設(shè)置原則

在模型創(chuàng)建之前，系統(tǒng)設(shè)置為絕對(duì)精度。避免在裝配體中網(wǎng)格化時(shí)，兩個(gè)零件的成功程度問題和單個(gè)零件精度不足造成網(wǎng)格精度失真。由于兩零件的相對(duì)精度差異導(dǎo)致網(wǎng)格劃分品質(zhì)欠佳，進(jìn)而犧牲了分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。其關(guān)系為：

絕對(duì)精度（α)=相對(duì)精度（β）×零件尺寸（δ）。

在β一定的情況下，提高α精度值，δ精度值才會(huì)高。絕對(duì)精度的設(shè)置方法：在Pro/E的配置文件中（config.pro），添加 Enable_sbsolute_accuracy 值 yes。

（2）模型精度設(shè)置原則

零件建模的絕對(duì)精度設(shè)置在0.01 mm～0.001 mm是一個(gè)相對(duì)合適值。精度越高，在求解器求解運(yùn)算過程中，就需要消耗系統(tǒng)較多的資源。在裝配體中，零件尺寸相差不大情況下，精度值設(shè)置稍大些（0.01 mm）；若零件尺寸相差較大，則精度值設(shè)置的就偏小些（0.001 mm）。

（3）零件建模順序設(shè)置

依據(jù)設(shè)計(jì)分析目的，用最簡(jiǎn)單、最直接的方法，把模型信息表現(xiàn)出來。分析模型能直接反應(yīng)設(shè)計(jì)目的信息。如果建模方法不當(dāng)，或順序復(fù)雜，就會(huì)在分析過程中找不到需要的模型特征信息，最終導(dǎo)致建模無法繼續(xù)進(jìn)行，進(jìn)而導(dǎo)致在優(yōu)化分析時(shí)，出現(xiàn)過程中產(chǎn)生的模型特征變化非設(shè)計(jì)預(yù)期，甚至與設(shè)計(jì)初衷背道而馳的現(xiàn)象。如在優(yōu)化分析時(shí)，需直接選中目的設(shè)計(jì)變更量，而在模型中，此特征為間接形成，導(dǎo)致分析時(shí)過程復(fù)雜，不可控制。另外，由于累加精度的影響，導(dǎo)致網(wǎng)格劃分?jǐn)M合精度的降低現(xiàn)象，影響了分析結(jié)果的精確度。在草繪設(shè)置中，使用約束不當(dāng)，在優(yōu)化分析時(shí)，造成模型特征變化范圍窄，達(dá)不到設(shè)計(jì)預(yù)期目的。

2 模型網(wǎng)格劃分評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

零件的網(wǎng)格劃分越好（細(xì)膩、逼真），分析結(jié)果就越準(zhǔn)確。在創(chuàng)建網(wǎng)格時(shí)，應(yīng)設(shè)法提高網(wǎng)格劃分品質(zhì)，提高分析的準(zhǔn)確度。

（1）奇點(diǎn)。奇點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中和位移的無窮大。在網(wǎng)格劃分時(shí)，應(yīng)設(shè)法消除，以提高分析的可信度。通過使用分布的載荷和約束，避免可能會(huì)造成結(jié)果失真的單一應(yīng)力或位移集中。在網(wǎng)格劃分前，通過創(chuàng)建隔離區(qū)域，使網(wǎng)格劃分能精確控制。在AutoGEM控制排除的隔離，以圍繞單個(gè)點(diǎn)、邊或凹角創(chuàng)建小過度元素為目標(biāo)。在定義分析時(shí)，選中“排除的元素”，在計(jì)算收斂性和測(cè)量時(shí)，忽略所選過渡元素，以最小化降低奇點(diǎn)對(duì)分析結(jié)果的影響，如表1所示。

表1 約束和載荷分別對(duì)產(chǎn)生奇點(diǎn)的影響[1]

（2）根據(jù)研究項(xiàng)目的重點(diǎn)不同，區(qū)別對(duì)待研究區(qū)域，細(xì)分局部網(wǎng)格。在研究關(guān)注的重點(diǎn)區(qū)域，細(xì)化局部網(wǎng)格，提高關(guān)注點(diǎn)分析結(jié)果精確度。在分析時(shí)，通過創(chuàng)建特定區(qū)域，使現(xiàn)有的網(wǎng)格再細(xì)化，能更加逼真地模擬真實(shí)條件。在一般情況下，通過增加局部曲面區(qū)域或局部體積快區(qū)域影響網(wǎng)格的劃分細(xì)膩程度。

圖1 奇點(diǎn)消除、曲面區(qū)域和體積塊區(qū)域網(wǎng)格劃分、應(yīng)力分析圖

在圖1中，左側(cè)模型應(yīng)用硬點(diǎn)分布載荷到兩條線中間的曲面區(qū)域，以消除奇點(diǎn)的影響；中間模型通過曲面區(qū)域（兩條線中間部分）和體積塊區(qū)域（圓孔周圍）后細(xì)分網(wǎng)格；右側(cè)圖形顯示靜態(tài)分析的應(yīng)力分布。

（3）整體提高零件網(wǎng)格劃分細(xì)膩程度[2]。當(dāng)零件網(wǎng)格劃分顯得粗糙時(shí)，可通過AutoGEM設(shè)置項(xiàng)，更改邊、面最大值和最小值，以及最大邊翻轉(zhuǎn)角度值，使其生成的網(wǎng)格整體更加細(xì)膩，更加逼真地模擬真實(shí)條件。同時(shí)可以附加AutoGEM控制下的“最大長(zhǎng)度元素尺寸”、“邊分布”和“最小邊長(zhǎng)度”控制網(wǎng)格的生成細(xì)膩程度。殼元素網(wǎng)格在自動(dòng)創(chuàng)建時(shí)，顯得粗糙，表2為殼元素缺省值和推薦值的設(shè)置。

表2 殼元素缺省設(shè)置和推薦設(shè)置

3 結(jié)束語

從設(shè)計(jì)的源頭入手，提高其模型自身的設(shè)計(jì)精度，為分析提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。再通過區(qū)別對(duì)待研究對(duì)象，影響局部網(wǎng)格劃分品質(zhì)或提高模型網(wǎng)格整體劃分品質(zhì)，使其更加逼真地模擬真實(shí)條件，提高分析的精確度。Pro/E的分析模塊Pro/Mechanica是一個(gè)非常方便的設(shè)計(jì)工具。其良好的易操作性，提供了更多網(wǎng)格控制設(shè)置空間，能顯著提高設(shè)計(jì)師工作效率。