本文探討了Pro/ENGINEER Advanced Mechanica 應(yīng)力消除的相關(guān)方法。

　　隨便問一位工程師，他/她都會(huì)告訴您智能傳感器技術(shù)在當(dāng)今的工業(yè)行業(yè)中正大行其道。在從石油勘探和采礦到工業(yè)和汽車控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用場(chǎng)合中，正越來越流行使用基于計(jì)算機(jī)的傳感器。

　　智能傳感器將它們周圍環(huán)境的信息(模擬信息)轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了這樣做和保持可靠性，智能傳感器必須能經(jīng)受住伴隨著其實(shí)際所處區(qū)域而來的不可避免的惡劣考驗(yàn)。

　　對(duì)設(shè)計(jì)傳感器子系統(tǒng)的工程師而言，挑戰(zhàn)在于測(cè)試這些設(shè)備能否抵受可能非常明顯的作用力和不可預(yù)測(cè)的應(yīng)力。對(duì)使用 Pro/ENGINEER 的那些設(shè)計(jì)者而言，顯而易見會(huì)轉(zhuǎn)向使用 Pro/ENGINEER Mechanica 和 Advanced Mechanica。

　　Spike Graves 是位于明尼蘇達(dá)州伯恩斯維爾市的 EAC Design 的機(jī)械工程師。在 EAC Design，Spike 負(fù)責(zé)為各行業(yè)的 EAC 客戶執(zhí)行范圍廣泛的項(xiàng)目。EAC 為從電子游戲控制器到高端工業(yè)設(shè)備的電子馬達(dá)的一切器具設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，而 Spike 的工作之一是為高要求的環(huán)境(現(xiàn)代飛機(jī)上的環(huán)境)設(shè)計(jì)傳感器(特別是變換器)。

　　隨著應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制的場(chǎng)合越來越多，飛機(jī)行業(yè)對(duì)傳感器和其他測(cè)量設(shè)備的需求不斷增加，這些設(shè)備可以將現(xiàn)實(shí)世界中的活動(dòng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，而且在這樣做時(shí)可靠性極高。

　　Graves 說，如今的飛機(jī)需要數(shù)以百計(jì)(有時(shí)數(shù)以千計(jì))的變換器和傳感器。

　　Graves 工作的挑戰(zhàn)性部分在于要確保這些變換器每天、每次飛行都正常工作。如果某個(gè)變換器在飛行中失效，后果可能是災(zāi)難性的，因此，這些變換器必須設(shè)計(jì)為具有很大的安全余量，完全能夠抵受 5 G 的轉(zhuǎn)彎和其他此類動(dòng)作所帶來的作用力。

　　例如，請(qǐng)想像一下將您的膝上型計(jì)算機(jī)猛烈撞到墻上。這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用力(減速力)，而這與飛機(jī)在碰撞中或其他類似于著陸或起飛的操作情況下可能遇到的情形相差無幾。變換器被要求能抵受這些類型的沖擊負(fù)載。

　　這給我們帶來了挑戰(zhàn)的第二個(gè)部分：許多變換器都采用一次性設(shè)計(jì)，專用于特定飛機(jī)中的特定功能和特定位置。這意味著必須逐個(gè)對(duì)變換器進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試，而這可能既費(fèi)時(shí)又煩瑣。

　　Pro/ENGINEER Mechanica 和 Advanced Mechanica 能使 Graves 更輕松地完成所有這些煩瑣的事情。

　　他說：“我們使用 Mechanica 進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力測(cè)試，在空氣動(dòng)力學(xué)和加速負(fù)載條件下查找基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中承受高應(yīng)力的不牢固的點(diǎn)或區(qū)域。然后，當(dāng)我們大概了解了將要關(guān)注哪些部位的應(yīng)力時(shí)，我們轉(zhuǎn)向使用 Advanced Mechanica 來進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。”

　　Graves 說：“對(duì)于變換器，有兩種類型的動(dòng)態(tài)測(cè)試至關(guān)重要。第一種是確定由依賴頻率的作用力產(chǎn)生的應(yīng)力，通常是引擎或空氣湍流所產(chǎn)生的振動(dòng)。”

　　“第二種類型的動(dòng)態(tài)測(cè)試是依賴時(shí)間的作用力，像碰撞的作用力。作用力的阻力在加速、減速或者急轉(zhuǎn)彎時(shí)特別重要。棘手的是作用力可以來自任何方向，不只是上方和下方，而是來自任何角度，而所有這一切都必須在測(cè)試中加以考慮。”

　　對(duì)于方向性測(cè)試，Graves 先從測(cè)試三個(gè)軸中每個(gè)軸(X、Y 和 Z)上的靜態(tài)應(yīng)力開始。通過這樣做，他能夠確定哪個(gè)或哪些負(fù)載方向產(chǎn)生了最不利的應(yīng)力。然后，在他施加振動(dòng)和作用力負(fù)載時(shí)，利用 Mechanica 能輕松通過操作原始 X、Y 和 Z 軸測(cè)試的值來調(diào)整作用力的角度。

　　他說：“通常，您需要沿著所有三個(gè)坐標(biāo)來建立測(cè)試。但用這種方式來分開每個(gè)軸的數(shù)據(jù)，我可以非常輕松地改變方向，這很靈活。”

　　測(cè)試虛擬原型。對(duì) Graves 的動(dòng)態(tài)測(cè)試而言，他向模型應(yīng)用了適當(dāng)?shù)臈l件 — 材料、約束以及負(fù)載(對(duì)碰撞測(cè)試而言)。Pro/ENGINEER Advanced Mechanica 隨后會(huì)識(shí)別出那些應(yīng)力級(jí)別最高的區(qū)域。根據(jù)這一評(píng)估結(jié)果，Graves 對(duì)模型進(jìn)行修改。他可以加厚承受高應(yīng)力的部位的壁;他可以試用不同的材料;他甚至可以試用不同類型的飛機(jī)用變換器附件，例如不同形狀的托架。

　　他說：“我決定我想做的修改。如果要修改材料，我進(jìn)入到 Advanced Mechanica 中進(jìn)行修改 — 例如，可能是增加材料的強(qiáng)度。模型中的每個(gè)元件的材料信息保存在 Advanced Mechanica 中，因此只需打開‘材料’對(duì)話框即可。”

　　“要進(jìn)行幾何修改，我在 Pro/ENGINEER 中打開模型，然后進(jìn)行修改 — 可能是加厚筋或添加另一個(gè)支架。然后，當(dāng)模型再生時(shí)，新的信息會(huì)直接傳到 Advanced Mechanica 中，以進(jìn)行下一輪測(cè)試。”

　　與使用物理原型進(jìn)行同樣的測(cè)試相比，使用虛擬原型來進(jìn)行測(cè)試使 Graves 節(jié)省了大量的時(shí)間。

　　他說：“我可以在幾分鐘內(nèi)就修改和分析虛擬原型。但如果利用物理原型來修改材料或幾何，然后重新測(cè)試它的話，可能要花費(fèi)幾周甚至幾個(gè)月的時(shí)間。此外，對(duì)于我在測(cè)試中使用的極限負(fù)載來說 — 例如，我可能會(huì)施加 10-G 的作用力 — 難以找到物理測(cè)試設(shè)備，而且費(fèi)用很昂貴。”

　　幾何網(wǎng)格。Graves 還喜歡 Pro/ENGINEER Mechanica 和 Advanced Mechanica 的一個(gè)原因是，這兩個(gè)產(chǎn)品使用幾何元素而不是有限元來向模型應(yīng)用測(cè)試網(wǎng)格。

　　在使用有限元的情況下，網(wǎng)格可能看起來像是有人在模型上蓋上一張漁網(wǎng)一樣。網(wǎng)格上每處相交的地方均構(gòu)成一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)包含有關(guān)該區(qū)域中的應(yīng)力的信息。為了提高測(cè)試的準(zhǔn)確性，工程師必須增加點(diǎn)的數(shù)量;為了適應(yīng)模型幾何中的修改，工程師必須創(chuàng)建新的網(wǎng)格，并必須重新調(diào)整網(wǎng)格以確保準(zhǔn)確。

　　相比之下，Mechanica 幾何網(wǎng)格會(huì)按照模型幾何的需要來調(diào)整點(diǎn)的位置，以及點(diǎn)之間的連接的形狀。由于幾何網(wǎng)格使用能理解模型幾何的算法，因此，它可以確定哪些元素需要高階方程式來描述其形狀，然后相應(yīng)地調(diào)整其網(wǎng)格。

　　Graves 說：“幾何網(wǎng)格確實(shí)幫了我的大忙。如果我修改模型幾何，網(wǎng)格會(huì)自動(dòng)適應(yīng)所做的修改。我不需要調(diào)整它和重新構(gòu)建它，也不需要擔(dān)心它的準(zhǔn)確度。它為我節(jié)省了大量時(shí)間，而這很重要，因?yàn)檫@些產(chǎn)品往往都是一次性產(chǎn)品，因此必須獨(dú)立地測(cè)試每個(gè)產(chǎn)品。”

　　Graves 說：“不用操心網(wǎng)格真是太好了。我能夠集中精力解決手上的問題。”

　　Pro/ENGINEER Mechanica 的 AutoGEM 功能創(chuàng)建的幾何網(wǎng)格自動(dòng)適應(yīng)模型中的修改

　　在 Mechanica 中通過邊緣圖輕松解釋動(dòng)態(tài)分析的結(jié)果。

　　圖形結(jié)果使用戶能夠檢查元件在不同的時(shí)間或頻率對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)