基於ｕｇ的機械優化設計
專業：機械設計製造及其自動化
班級： 機械1083班
學號： 201013090312
學生姓名謝錚
指導教師： 彭浩舸
2023年 6 月 13 日
基於ｕｇ的機械優化設計
通過 u g對機械零件進行初步建模, 然後根據實際情況把設計模擬成有限元模型, 最後用結構分析模組對其進行優化設計, 既可減少產品的設計週期, 又節約了生產成本, 提高了企業的競爭力。
本課程我們主要對機械運動**和有限元分析技術概念、和有限元分析軟體使用過程有所了解，以及對ug機械運動**和有限元分析使用案例進行分析，更多是需要我們課後的自主學習！下面是學生謝錚對這本課程的理解和認識。
一、 機械運動**
1.1機械運動**的概念
機械運動**是指對於某個待研究的系統模型建立其**模型，進而在計算機上對該**模型研究的過程。所以機械運動**是通過對系統模型的實驗去研究乙個真實的系統。
1.2機械運動**的應用
機械運動**作業一門新興的高科技技術，在製造業產品設計和製造，尤其在航空、航天、國防及其他大規模複雜系統的研製開發過程中，一直是不可缺少的工具，它在減少損失、節約經費、縮短開發周期、提高產品質量等方面發揮了巨大的作用。在從產品的設計、製造到測試維護的整個生命週期中，機械放著技術貫穿始末。
1.3 一般操作流程及說明
1 建模和裝配及了解其工作原理。
2 建立運動**環境。
3 定義連桿。
4 定義運動副，其操作分為三步：
a) 選擇運動副要約束的連桿。
b) 確定運動副的原點。
c) 確定運動副的方向。
5 定義運動驅動，運動驅動是賦在運動副上控制運動的運動副引數。
6 **解算。
7 **的結果的輸出與後處理。
主要是運動分析結果的資料輸出和**、變化曲線輸出，進行人為的機構的運動特性分析
二、 有限元分析技術
2.1有限元分析的概念
有限元分析是應用有限元法輔助產品設計開發，提高產品的可靠性。有限元法是根據變分原理求解數學物理問題的一種數值計算方法，將研究物件離散成有限個單元體，單元之間僅在節點處相連線，通過分析得到一組代數的方法，進而求得近似解。
2.2有限元分析法的特點
1 不受物體幾何形狀的限制；
2 可以分析包括各種特殊結構的複雜結構體；
3 可適應不連續的邊界條件和載荷條件；
4 便於實現規範化和在計算機上統一程式設計；
5 有限無法最後得到的大型聯立方程組的係數是乙個稀疏矩陣，這種方程計算工作量相對較小，穩定性好，便於求解，占用計算機記憶體也少。
2.3在機械工程領域內可用有限元法解決的問題
1 包括杆、梁、板、殼、三維塊體、二維平面、管道等各種單元的各種複雜結構的靜力分析；
2 各種複雜結構的動力分析，包括頻率、振型和動力響應計算；
3 整機（如水壓機、汽車、發電機、幫浦、工具機）的靜、動力分析；
4 工程結構和機械零部件的彈塑性應力分析及大變形分析；
5 工程結構和機械零件的熱彈性蠕變、粘彈性、粘塑性分析；
6 大型工程機械軸承油膜計算等。
2.3有限元分析過程
在ug環境下生產的零件模型直接被有限元分析模組呼叫後進入到有限元分析的前處理階段。在前處理階段，需對建模模型進行處理，包括對模型結構的簡化，載荷、約束條件的施加，材料的分配，網路單元型別的選擇、模型錯誤檢查等。
在主分析階段，主要由計算機自動完成，包括了變形計算、應力計算、收斂計算等。最後是後處理階段，進行加工處理並形象化，將計算的結果轉化為直觀明了的圖形和文字描述，通過圖形的靜。動態顯示或繪製相應的圖形，有效地檢查設計結果，輔助使用者判定計算結果與設計方案的合理性。
2.4 本學期幾個典型案例基本操作流程及有關說明
懸臂梁受力分析案例疲勞分析案例
疲勞分析概述
疲勞是產品/零件失效最常見的方式之一。疲勞計算是基於結構裂紋損傷積累的原理，根據應力——壽命（s—n）曲線圖或者應變——壽命（e—n）曲線圖來估計該零件的疲勞壽命，計算過程中將輸入資料處理成峰頂或者峰谷對迴圈週期進行技術，從而計算出結構的疲勞壽命。有關疲勞和分析方法可參考有關書籍。
疲勞分析主要引數
1 疲勞材料屬性
2 疲勞載荷變數
3 疲勞壽命準則
4 疲勞評估選項
優化設計案例動態設計案例
優化設計概述
優化設計是將產品/零部件設計問題和物理模型轉化為數學模型，運用最優化數學規劃理論，採用適當的優化算化，並借助計算機和運用軟體求解該數學模型，從而得出最佳設計方案的一種先進設計方法。
結構優化設計的作用
以有限元法為基礎的結構優化設計方法在產品設計和開發中的主要作用如下：
1 對結構設計進行改進，包括尺寸優化、形狀優化和幾何拓撲優化。
2 從不合理的設計方案中產生出優化、合理的設計方案。
3 對模型匹配，產生相似和結構響應。
4 對系統引數進行設別，還可以保證分析模型與試驗結果相關聯。
模態（動態）概述
模態分析操作流程和線性靜力學分析操作流程的前處理相類似。其實質是求解外載荷為零時動力學方程的特徵值，通過求解特徵值可以得到多階頻率和相應的振型。
熱量分析案例
操作步驟：
1 建立/匯入ug模型；
2 建立有限元模型包括材料屬性、網格劃分等；
3 新建**熱分析，定義約束（熱約束、對流）；
4 求解，新建解算方案，定義約束（固定面），施加載荷和溫度；
5 熱分析求解，分析雲圖和做分析圖表。
基礎知識
熱分析用於計算乙個系統和部件的溫度分布和其他熱物理現象，如熱量的獲得或損失、熱梯度、熱流密度等，通常乙個給定的系統或部件必須被設計到能承受設計要求為止。
三、 參考文獻與學習心得
參考文獻
《ug nx7.5》 鍾日銘
《機械cad/cam》 方新
《ug ux7.0有限元分析入門與例項精講》 沈春根
《數位化設計製造應用技術基礎》 劉溪娟
學習心得
這學期通過學習了的這些問題，使我了解了很多有關有限元的知識，並且知道了有限元的很多優勢與作用。要想在以後的發展中有更高的提公升步伐，有限元的學習是必不可少的。
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