本文探討了Pro/ENGINEER Advanced Mechanica 應力消除的相關方法。

　　隨便問一位工程師，他/她都會告訴您智能傳感器技術在當今的工業(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)采集應用場合中，正越來越流行使用基于計算機的傳感器。

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

　　對設計傳感器子系統(tǒng)的工程師而言，挑戰(zhàn)在于測試這些設備能否抵受可能非常明顯的作用力和不可預測的應力。對使用 Pro/ENGINEER 的那些設計者而言，顯而易見會轉向使用 Pro/ENGINEER Mechanica 和 Advanced Mechanica。

　　Spike Graves 是位于明尼蘇達州伯恩斯維爾市的 EAC Design 的機械工程師。在 EAC Design，Spike 負責為各行業(yè)的 EAC 客戶執(zhí)行范圍廣泛的項目。EAC 為從電子游戲控制器到高端工業(yè)設備的電子馬達的一切器具設計子系統(tǒng)，而 Spike 的工作之一是為高要求的環(huán)境(現(xiàn)代飛機上的環(huán)境)設計傳感器(特別是變換器)。

　　隨著應用計算機控制的場合越來越多，飛機行業(yè)對傳感器和其他測量設備的需求不斷增加，這些設備可以將現(xiàn)實世界中的活動轉換為數(shù)字信息，而且在這樣做時可靠性極高。

　　Graves 說，如今的飛機需要數(shù)以百計(有時數(shù)以千計)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。如果某個變換器在飛行中失效，后果可能是災難性的，因此，這些變換器必須設計為具有很大的安全余量，完全能夠抵受 5 G 的轉彎和其他此類動作所帶來的作用力。

　　例如，請想像一下將您的膝上型計算機猛烈撞到墻上。這會產生一個作用力(減速力)，而這與飛機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載。

　　這給我們帶來了挑戰(zhàn)的第二個部分：許多變換器都采用一次性設計，專用于特定飛機中的特定功能和特定位置。這意味著必須逐個對變換器進行應力測試，而這可能既費時又煩瑣。

　　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 進行靜態(tài)應力測試，在空氣動力學和加速負載條件下查找基礎設計中承受高應力的不牢固的點或區(qū)域。然后，當我們大概了解了將要關注哪些部位的應力時，我們轉向使用 Advanced Mechanica 來進行動態(tài)測試。”

　　Graves 說：“對于變換器，有兩種類型的動態(tài)測試至關重要。第一種是確定由依賴頻率的作用力產生的應力，通常是引擎或空氣湍流所產生的振動。”

　　“第二種類型的動態(tài)測試是依賴時間的作用力，像碰撞的作用力。作用力的阻力在加速、減速或者急轉彎時特別重要。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試中加以考慮。”

　　對于方向性測試，Graves 先從測試三個軸中每個軸(X、Y 和 Z)上的靜態(tài)應力開始。通過這樣做，他能夠確定哪個或哪些負載方向產生了最不利的應力。然后，在他施加振動和作用力負載時，利用 Mechanica 能輕松通過操作原始 X、Y 和 Z 軸測試的值來調整作用力的角度。

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

　　測試虛擬原型。對 Graves 的動態(tài)測試而言，他向模型應用了適當?shù)臈l件 — 材料、約束以及負載(對碰撞測試而言)。Pro/ENGINEER Advanced Mechanica 隨后會識別出那些應力級別最高的區(qū)域。根據(jù)這一評估結果，Graves 對模型進行修改。他可以加厚承受高應力的部位的壁;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，我進入到 Advanced Mechanica 中進行修改 — 例如，可能是增加材料的強度。模型中的每個元件的材料信息保存在 Advanced Mechanica 中，因此只需打開‘材料’對話框即可。”

　　“要進行幾何修改，我在 Pro/ENGINEER 中打開模型，然后進行修改 — 可能是加厚筋或添加另一個支架。然后，當模型再生時，新的信息會直接傳到 Advanced Mechanica 中，以進行下一輪測試。”

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

　　他說：“我可以在幾分鐘內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，然后重新測試它的話，可能要花費幾周甚至幾個月的時間。此外，對于我在測試中使用的極限負載來說 — 例如，我可能會施加 10-G 的作用力 — 難以找到物理測試設備，而且費用很昂貴。”

　　幾何網(wǎng)格。Graves 還喜歡 Pro/ENGINEER Mechanica 和 Advanced Mechanica 的一個原因是，這兩個產品使用幾何元素而不是有限元來向模型應用測試網(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成一個點，該點包含有關該區(qū)域中的應力的信息。為了提高測試的準確性，工程師必須增加點的數(shù)量;為了適應模型幾何中的修改，工程師必須創(chuàng)建新的網(wǎng)格，并必須重新調整網(wǎng)格以確保準確。

　　相比之下，Mechanica 幾何網(wǎng)格會按照模型幾何的需要來調整點的位置，以及點之間的連接的形狀。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，然后相應地調整其網(wǎng)格。

　　Graves 說：“幾何網(wǎng)格確實幫了我的大忙。如果我修改模型幾何，網(wǎng)格會自動適應所做的修改。我不需要調整它和重新構建它，也不需要擔心它的準確度。它為我節(jié)省了大量時間，而這很重要，因為這些產品往往都是一次性產品，因此必須獨立地測試每個產品。”

　　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)格自動適應模型中的修改

　　在 Mechanica 中通過邊緣圖輕松解釋動態(tài)分析的結果。

　　圖形結果使用戶能夠檢查元件在不同的時間或頻率對激勵的響應