基于Pro/E Mechanice在平板剛度設計中的應用分析

龐春

摘 要 Pro/E在目前三維造型軟件領域內有著重要地位，是現今主流的模具和產品設計軟件之一，是純參數化系統的代表。我們都知道Pro/E擁有參數化、強大的設計功能和完全集成了從概念設計到制造的所用工作的應用程序，并能生成相關的模具設計和制造的工作，實際上Pro/E還集成了完整的虛擬仿真的功能，集成了熱仿真和結構仿真功能。本文將利用Pro/E進行建模并使用其結構仿真功能進行產品結構的優化設計，來對某型測試系統操控臺底板設置加強筋提高底板結構剛度進行分析。

關鍵詞 Pro/E;平板剛度;框架模型;仿真計算

1結構模型和邊界條件

因為此處只討論底板加強筋對底板的結構剛度的影響，為了便于模擬分析和計算，對操控臺模型進行簡化，只建立操控臺框架模型，使用Pro/E建立三維模型[1]。底板為Q235鋼板四周折彎，拼縫焊接，底板上焊接八根儀器安裝立柱，立柱再與臺面板焊接連接，底板四角安裝工業萬向滾輪，此處對底腳滾輪進行簡化，將滾輪簡化成一個大剛性的結構特征，滾輪與地面接觸處簡化成一點，整個框架材料為鋼板，鋼板厚度1.5mm，在八只安裝立柱上安裝設備，設備重量為200KG。

2對框架模型進行仿真計算

如上建立好框架模型后，為了校核底板的變形情況即最大撓度量和分析比較加強筋對底板剛度的影響，分別就底板無加強筋和加強筋設置在不同位置的情況進行仿真計算，首先對無加強筋的情況使用Pro/E的Mechanice功能進行仿真計算，在底板四角位置施加約束，即將約束分別施加在底腳滾輪簡化的四個點上，此處應特別注意，因為底板四角位置是裝有萬向滾輪，在設置約束時，四個約束點X、Y方向的自由度應為自由，Z向自由度為固定，四個約束點X、Y、Z軸的自由度為自由，在八只安裝立柱上施加載荷245N，并設置材料屬性，打開Analyses and Design Studies對話框，新建靜態分析項目，然后進行求解，運算完成后使用結果查看器查看圖形化的變形矢量圖，如圖1所示，從圖中可以看到底板中心最大撓度是3.4mm，撓度較大[2]。

3對原框架進行改進重新仿真計算

由于框架底板中心最大撓度較大的情況，此時在底板上設置加強筋，以提高底板面的強度和剛度，設計U字形加強筋與底板焊接，加強筋平行于X軸位于底板中心，U字形加強筋尺寸是：長×寬×高（mm）1800×80×40，板厚2mm，材料為Q235鋼板，如圖7所示，然后如前述步驟進行仿真計算，結果如圖2所示，底板最大變形處的撓度為2.84mm，撓度小于3mm，滿足設計要求。為了比較加強筋位置設置對底板強度和剛度的影響，讓U字形加強筋與Y軸平行并位于底板中心，U字形加強筋尺寸是：長×寬×高（mm）560X80X40，材料規格如前，保持不變，然后如前步驟進行仿真計算，底板最大變形處的撓度為2.99mm，滿足設計要求。

4結束語

使用Pro/E的Mechanice功能進行仿真計算，可以很方便直觀地對結構框架的變形情況進行觀察，很方便機械工程師對所進行的設計進行校核。通過以上的分析結果，我們能夠看到對本例中類似結構框架的底板進行結構強度加強時，可以在底板上設置加強筋，而且可以知道在設置加強筋時，使用后一種加強筋的設計更加有效，在使用了前一種加強筋的1/3材料的情況下大大改善了底板的撓度值，這就給了我們以后進行此類大平板結構設計時提供了借鑒。

參考文獻

[1] 羅正斌，梁合意.Pro/Engineer4.0機械設計教程[M].北京：機械工業出版社，2012：51.

[2] 陸鳳儀，鐘守炎.機械設計[M].北京：機械工業出版社，2010：12.