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ProE的行为建模技术探讨

时间:2011-02-24 11:54:43 来源:

  本文探讨了ProE的行为建模技术相关内容。

  一、行为建模的特性描述

  行为建模的运作过程包括三相特性。

  Smart Models:聪颖模型,内含工程智能。利用全新的特征基础的建模技术,能够捕捉几何、规格、设计意图等知识进行设计。

  Objective-Driven Design:目标驱动设计,即使面临许多的设计变量、限制条件与设计准则,仍可获得最佳化的解决方案。

  Open Extensible Environment:开放型的延伸环境,能轻松与外部应用软件达成双向沟通,确保设计模型自动反映出结果。

  二、行为建模的具体步骤和整体结构

  模型参数(Model Parameter)属于基准特征的一种,其目的是对要设计优化或是可行的参数进行分析。分析模型的物理特性、曲线特性、曲面特性和模型运动特性等,是行为建模前的关键一步。

  敏感度分析(Sensitivity Analysis )可以用来分析模型尺寸或模型参数在指定范围内改变时,多种测量数量〔参数)的变化方式。结果每一个选定的参数得到一个图形,把参数值显示为尺寸函数。

  可行性研究与最优化分析(Feasibility Analysis/Optimization Analysis)可以使系统计算尺寸值,这些尺寸值使得模型能够满足某些用户指定约束,系统会寻找出可行的最佳解决方案。

  多目标设计研究(Multi-ObjectiveDesign Study)是专门用来处理因大量设计变量与设计约束矛盾,产生众多设计目标的情况,能够寻找出为数不少的解决方案,还可避免使用可行性/最佳化所发生的局部解。

  三、示例

  下面以机轴零件的重心定位示例来说明敏感度分析、可行性研究和优化研究来达到设计目标。

  问题:为了优化平衡,机轴零件的重心必须与它的旋转中心重合。虽然曲柄的旋转轴不能改变,但是其他设计条件能够改变,如曲轴的宽度。在该零件中,要使得零件质量达到最小时,轴与质量中心之间的距离应最小。

  步骤:

  1)创建一个分析特征来执行模型分析以确定质量属性、计算质量,并在重心创建一个坐标系和一个基准点以及"质量"参数。打开模型,单击分析特征图形钮,出现分析对话框,输人一个相应的名字(Csys_cog),选择模型分析(Model Analysis)类型(Type),进人下一步保持模型质量属性(Model Mass Properties) ,最后计算出一系列质量属性数据。

图1

图2

  返回上一步,此时仅产生"YES"一个特征参数:体积(VOLUME),将其改为"NO",建立模型质量参数"MASS"设置为"YES。

  2)创建一个分析特征来测量位于重心的基准点与旋转轴之间的距离。根据测量的结果,创建一个距离参数。执行与步骤1)相同的操作,将类型"TYPE"改为测量"Measure",下一步改为距离"Distance",选择基准轴此时系统会立即计算出两者距离。

  3)执行敏感度分析以确定"半径"尺寸的改变如何影响重心的位置.进人敏感度分析对话框,选择半径尺寸,输人最小值和最大值(此为X轴的范围)。选择Parameters To Plot和Distance为Y轴的对应值。最后将模型改变成动画,计算可以得到一定半径对应重心和旋转轴的距离。

  4)执行敏感度分析以确定"高度"尺寸的改变如何影响重心的位置。

  执行与步骤3)相同的操作,选择"高度"尺寸,输人最小值和最大值(此为X轴的范围)。选择Parameters To Plot和Distance为Y轴的对应值。最后将模型改变成动画,计算可以得到一定高度对应重心和旋转轴的距离。

图3 曲轴

图3 曲轴

  5)创建一个分析特征以测量轴肩与零件轮廓外边缘之间的距离。用测量来定义可行性研究中的约束。在距离线的起始点和末端点创建基准点。

  6)执行可行性研究以确定使重心与旋转轴重合是否可行。在研究中,在保持零件的轴肩与起外边轮廓之间是距离不变的同时,可以改变半径和高度尺寸。执行可行性分析,进行设计约束(DesignConstraints ),设置距离为0,此时求解可获得一组可行方案值,模型也做了相应的更新,同时可以通过模型信息来查看距离分析特征。

  7)执行优化研究以使在保持与步骤6)所述的约束相同的同时,零件的质量最小(目标函数)。执行最优化分析,新增目标(Goal ),质量最小化,求解出一组可行方案。同时可以通过模型信息来查看距离分析特征,与前面的数值进行比较。对于模型重心类的分析,在工程中使用的程度非常广泛。例如,起重机在装配环境下的情况,为了能确定起重机的承载能力,可以建立一个模型零件作为起吊物体。在优化性/可行性分析中,可以设定重心不能超过某个范围,从而求得起吊物体的体积尺寸,在通过对优化后的起吊物体的体积尺寸分析,最后求得起吊物体的质量,从而确定起重机的承载能力。

  四、小结

  利用行为建模技术的自动求解,能在最短的时间内找到满足工程标准的最佳设计。相对于传统的手工反复操作的方法,行为建模的完全自动处理有很多优点。对于简单的问题可以方便的求解,复杂的问题则可以在很短的时间内完成寻找解决方案的任务。

  行为建模的主要功能是对模型的物理特性作分析,通过优化设计来改变模型的特征尺寸等数据。而在优化设计中,没有考虑模型中有材料受力所带来的内部应力,因此,无法处理应力场,如结构应力、热应力等的问题。处理这些应力问题,可以使用Pro/MECHANICA,对其作有限元分析。