基于Creo的深化設(shè)計應(yīng)用探索

基于Creo的深化設(shè)計應(yīng)用探索一.三維設(shè)計工具應(yīng)用現(xiàn)狀根據(jù)國內(nèi)相關(guān)研究報告，我國部分企業(yè)自90年代起，即已著手將二維設(shè)計工具升級為三維設(shè)計工具，并應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計過程中。若以此時間推算至今已有30工具書籍來看，大多局限在三維建模，繪制工程圖的常規(guī)應(yīng)用上，極MCADCAE通常評價一個制造型企業(yè)設(shè)計能力需涵蓋很多方面，國內(nèi)也沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的評價體系來進行判定。也許正因如此，企業(yè)才形成只注重設(shè)計模型及工程圖的數(shù)量而不注重對設(shè)計模型質(zhì)量的考核。我國制造型企業(yè)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已逐步達到按訂單生產(chǎn)產(chǎn)品的所以模型及圖紙準(zhǔn)確性較高，相關(guān)的形位公差或尺寸公差也已至臻完美。然而一旦涉及改型產(chǎn)品，則往往會在制造過程中產(chǎn)生較多爭議，甚至出現(xiàn)返工的現(xiàn)象。其常見情況為：設(shè)計與制造有差異三維模型符合理想情況，加工組裝時發(fā)現(xiàn)孔或軸出現(xiàn)不能匹配的情況。出現(xiàn)問題后進行現(xiàn)場調(diào)校，例如使用強力工具，將軸強行安裝至定位孔中。這樣的做法雖然滿足訂單交期，但對于產(chǎn)品質(zhì)量是有一定影響的。追求價格更高的CAE工具，忽略MCAD工具的深化應(yīng)用不少企業(yè)的信息化部門在收集研發(fā)需求時，常將采購更高端的CAE工具作為提升研發(fā)能力的舉措之一。在此本文并不否認高端CAE工具對于設(shè)計的正向輔助作用，但也需要指出的是：不是所有分析都需要借助高端CAE工具，像常規(guī)的結(jié)構(gòu)力學(xué)（靜力學(xué)）MCAD二.Creo的深化應(yīng)用Creo作為常用機械設(shè)計工具，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)形成包含結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配，制圖，制造等模塊的大型機械設(shè)計軟件。在功能模塊與日增多的情況下，國內(nèi)企業(yè)的工程師對于工具的應(yīng)用并未有明顯深入。本文從簡單的應(yīng)用案例入手，介紹通過應(yīng)用Creo的Simulate模塊，快速提升設(shè)計效率及質(zhì)量。應(yīng)力校核使用Creo的建模模塊進行設(shè)計，幾乎是Creo的主流應(yīng)用場景之一。但所設(shè)計的模型是否能滿足日常使用強度，則大多通過客訴來進行評價，這點常見于對機械結(jié)構(gòu)強度有一定要求的企業(yè)（例如注塑、金屬加工等）。并提供一定的結(jié)構(gòu)強度。一般設(shè)計時，往往只考慮形狀，忽略了強度校核，這就導(dǎo)致產(chǎn)品上市后，玩具不經(jīng)摔，不經(jīng)用的情況。模型提出為簡化模型設(shè)計，最大程度展現(xiàn)MCAD工具的結(jié)構(gòu)分析能力，提出模型如下：圖1基礎(chǔ)模型基礎(chǔ)信息定義本文所描繪的結(jié)構(gòu)分析場景著重于簡單而快速的定性分析，通過可視化的方式直觀的展現(xiàn)模型結(jié)構(gòu)強度是否能滿足設(shè)計要求。所以只按最低要求進行參數(shù)定義，在此背景下，定義的參數(shù)有：1.材料要運行仿真研究，必須為模型中參與研究的部分分配具備有效材料屬性的材料?？捎糜诜峙洳牧系墓ぷ髁饔幸韵聝煞N：在CreoParametric中，將材料分配給裝配、零件或主體，可在CreoAnsysSimulation中訪問和修改已分配的材料。同時在CreoAnsysSimulation中，將材料分配給用于特定仿真研究的裝配、零件Creo對于不同的研究，支持用戶為同一元件分配不同的材料。圖2指定材料2.約束為“結(jié)構(gòu)”模型定義約束時，目的是固定模型幾何部分，以便模型不會發(fā)生移動，或只以預(yù)確定的方式移動。模型的約束及其載荷使Creo可以獲得現(xiàn)實情況以用作分析基礎(chǔ)。因此，在添加約束時，要指定零件平移或旋轉(zhuǎn)運動。一般在以下場景中使用約束：模擬真實安裝例如，可以在螺栓孔處對徑向和軸向的方向進行約束，以允許繞該孔進行旋轉(zhuǎn)。強制位移例如，在接觸分析中，可以使一個零件移動指定距離，使其進入到另一個零件中。其他場景圖3定義約束3.載荷載荷工況是一組用于定義特定載荷條件的約束和載荷?？墒褂靡粋€或多個載荷工況進行研究。針對每個載荷工況分別計算優(yōu)化結(jié)果。但是，生成最終設(shè)計時會考慮與模型關(guān)聯(lián)的所有載荷工況。A.結(jié)構(gòu)約束a)固定約束bc)平面約束dB.結(jié)構(gòu)載荷a)力載荷bc)壓力載荷e)線性加速度載荷約束和載荷顯示在創(chuàng)成式設(shè)計樹中的默認載荷工況節(jié)點下。除特殊情況外，載荷工況必須至少具有一個載荷和一個約束。圖4定義載荷執(zhí)行分析定義基礎(chǔ)信息是用以進行分析，所以在只需定性分析的背景下，圖5展示了分析后的結(jié)果，設(shè)計師可以據(jù)此來進行初步的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析。圖5簡單的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析結(jié)果有上文結(jié)合分析配圖可知：在材料定義為ABS，模型形狀如上圖所示，在X軸方向上施加30N（約合3Kg）力的情況下，材料形變極小。因施加的力方向為X軸向，所以關(guān)注模型在X軸向上的形變極值，根據(jù)分析，其極值約為2.02*10-6英寸。且形變位移最大點在模型上部。通過圖5的最大處。以此分析結(jié)果提示設(shè)計師，模型最容易斷裂或發(fā)生疲勞的點在于圓柱體根部。設(shè)計優(yōu)化根據(jù)上述定性的分析結(jié)果，如果設(shè)計師根據(jù)業(yè)務(wù)情況，要針對性的改善結(jié)構(gòu)受力，則可按以下方式進行：改變材料不同材料具有不同的材料性能，通常來說金屬的屈服強度要大于塑料，所以如果將上述模型的材料從ABS改為FE60后，其受力情況也隨之變化。圖6FE60下的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析情況從上圖可知，當(dāng)材料改為FE60后，位移有了明顯的減小。其X方向上最大位移從原2.02*10-6英寸改變?yōu)?.97*10-8英寸。從數(shù)值結(jié)果上來看，僅僅材料的變化，即將整體位移縮小近兩個數(shù)量級，可謂效果顯著。此結(jié)果提示設(shè)計師當(dāng)后續(xù)設(shè)計較為精密的設(shè)備時，金屬的形變量通常小于工程塑料，若遇到適合的情況，可優(yōu)先選用。同時在載荷不變的情況下，比較兩種材料的受力情況可知，雖然X提升近2.93/2.67約等于1.1，即壓應(yīng)力增大10%。最大拉應(yīng)力減少近3.26/3.49約等于0.93，即拉應(yīng)力減小7%。設(shè)計加強筋例如以下改型設(shè)計：圖7增加加強筋在材料依舊選用ABS的情況下，其余受力情況不變，通過分析得知，模型受力情況如下：圖8含加強筋的受力分析由上圖可知：X方向上的最大位移從1.957*10-6變?yōu)?.354*10-6，最大位移減小30%。模型最大壓應(yīng)力減少近20%，最大拉應(yīng)力減小近30%。結(jié)構(gòu)應(yīng)力優(yōu)化效果也較為明顯。三.結(jié)論Creo是時下常用的三維設(shè)計工具，在當(dāng)前形勢下，不應(yīng)簡單的將Creo作為建模及出圖的工具，雖然這部分的應(yīng)用最為廣泛，但在國產(chǎn)的建模及出圖優(yōu)勢正在喪失。Creo即需要我們國內(nèi)企業(yè)深入挖掘并應(yīng)用Creo的基本功能，并逐步引入至?xí)r下CAE工具開始日漸受到重視，但冷靜下來分析，真正復(fù)雜的多物理場、非線性分析場景畢竟占比不高，且此類分析往往需要非常深厚的理論功底。而我國設(shè)計人員從理解