本书以Pro/ENGINEER软件为例，主要针对有限元分析的基本理论知识与分析方法，介绍了结构分析、运动学分析以及Top-Down的建模方法。
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CAE（computeraidedengineering）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、动力响应等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。CAE在工程上应用至今，已有50多年的发展历史，已经是分析连续力学各类问题的一种重要手段，也已成为航空航天、机械、土木结构等领域必不可少的数值计算工具。在CAD/CAE/CAM系统曰益成熟的今天，掌握好CAE软件的操作和应用对于产品设计和分析有着非常重要的作用。
Pro/ENGINEER是美国参数技术公司（PTC）基于单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念开发的一个强大的CAD/CAE/CAM软件。该软件运用P法进行分析，解析精度高；采用自顶向下的建模方式，提高建模的效率；同时该软件集结构分析、运动学分析、动力学分析、结构优化等功能于一体，可以完全实现几何模型和有限元分析的无缝集成，使得设计人员能够在设计阶段就对设计模型进行优化，及时发现问题，提高产品设计质量，降低设计成本，提高工作效率。Pro/MECHANICA是集静态分析、动态结构分析于一体的有限元模块，能够根据实际工况对模型施加约束及载荷，实现静态、模态、翘曲、疲劳、动态响应、振动等分析。因此，作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准，Pro/MECHANICA得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAE/CAM软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
本书主要包含三部分内容，第一部分主要是关于Pro/MECHANICA模块的介绍，首先结合简单实例对Pro/MECHANICA分析模块中的相关命令进行介绍。第1章简单介绍Pro/MECHANICA软件的特点及安装方法；第2章主要结合材料力学及弹性力学相关的理论知识对模型进行分析，并运用Pro/MECHANICA进行分析验证；第3章通过添加材料属性、网格划分、约束条件等来介绍Pro/MECHANICA的前处理过程；第4章主要介绍梁单元和壳单元的模型，并结合相关实例，验证其计算结果与实体单元的差别；第5章通过界面的连接方式、焊缝、刚性连接、受力连接、紧固件等介绍组件分析模型的建模方法；第6章结合相关实例对静态分析、大变形分析、模态分析、预应力静态分析、预应力模态分析、屈曲分析、疲劳分析进行讲解；第7章结合相关实例对动态时域分析、动态频域分析、动态冲击分析、随机振动分析进行讲解；第8章主要针对零件进行敏感度分析与优化设计，接着介绍Pro/MECHANICA的批处理功能；第9章主要介绍二维平面的应力及应变问题；第10章主要结合平面四连杆机构、曲柄滑块机构、碟形凸轮机构介绍运动学的初步知识；第11章结合汽车变速箱的模型，综合运用上述知识对其进行分析，并通过实验进行验证。第二部分主要介绍了齿轮机构的运动学知识。第12章通过外啮合齿轮、内啮合齿轮、空间定轴轮系、周转轮系、行星轮系来介绍齿轮机构的运动学分析；第13章通过平压平模切机的实例来介绍机构的运动学分析过程。第三部分主要介绍Top-Down的建模方法，并通过手机外壳和电动机减速器的实例详细介绍Top-Down的建模过程。
本书所有实例均为常见的结构模型，随书光盘包含了全部实例的所需文件。每一个实例所需的文件，均放在相应的实例名的文件夹中。
本书在出版过程中，作者的近几届研究生，特别是张兴林、李刚、刘欣荣、王冰青、顾坤隆、刘绍鲲、马雅鹤、曹欢、张艺、徐阐、张文学、赵超凡、杨润春、张翠等，做了大量的资料整理工作，同时在出版过程中也得到了很多专家学者的支持和帮助，在此一并深表感谢。由于时间仓促，加上水平有限，不足之处在所难免，欢迎广大读者批评指正。
目录
前言
第1章 Pro/MECHANICA简介 1
1.1 关于Pro/MECHANICA 1
1.1.1 Pro/MECHANICA结构模块的主要功能 1
1.1.2 Pro/MECHANICA配置文件 2
1.1.3 Pro/MECHANICA 5.0的更新 2
1.2 Pro/MECHANICA的工作模式 2
1.2.1 集成模式 3
1.2.2 独立模式 6
1.2.3 操作模式的比较 6
1.3 Pro/MECHANICA的操作界面 7
1.3.1 本书使用的Pro/MECHANICA版本和安装 7
1.3.2 集成模式的操作界面 8
1.3.3 独立模式的操作界面 10
1.4 Pro/MECHANICA的功能特性 11
第2章 Pro/MECHANICA的有效性证明 13
2.1 材料力学悬臂梁分析计算 13
2.1.1 问题描述 13
2.1.2 理论解析计算 13
2.1.3 Pro/MECHANICA分析计算 14
2.1.4 结果对比研究 14
2.2 弹性力学孔边应力集中问题的分析 15
2.2.1 问题描述 15
2.2.2 理论解析计算 16
2.2.3 Pro/MECHANICA分析计算 17
2.2.4 结果对比研究 19
2.3 小结 19
第3章 前处理过程设置 20
3.1 材料性能及定义方法 20
3.1.1 概述 20
3.1.2 材料指定的指导方针 21
3.1.3 材料定义的方法 21
3.2 网格划分 23
3.3 约束及载荷的定义 26
3.3.1 点约束 27
3.3.2 边(线)约束 28
3.3.3 面约束 30
3.3.4 坐标系约束 31
3.3.5 对称约束 34
3.3.6 点载荷 38
3.3.7 压力载荷 40
3.3.8 轴承载荷 41
3.3.9 体载荷 42
3.3.10 函数功能 46
第4章 梁单元和壳单元 50
4.1 概述 50
4.2 模型分类 50
4.2.1 梁单元概述 50
4.2.2 桁架概述 60
4.2.3 壳单元概述 70
第5章 组件模型的建立 93
5.1 界面 93
5.1.1 连接 93
5.1.2 自由 101
5.1.3 接触 110
5.2 焊缝 119
5.2.1 端焊缝 120
5.2.2 周边焊缝 128
5.2.3 点焊缝 136
5.3 刚性连接 145
5.4 受力连接 147
5.5 紧固件 150
第6章 结构分析实例 156
6.1 概述 156
6.2 静态分析 156
6.2.1 静态分析简介 156
6.2.2 线性静态分析实例 156
6.3 大变形问题分析 162
6.3.1 大变形分析简介 162
6.3.2 大变形分析实例 163
6.4 模态分析 178
6.4.1 模态分析简介 178
6.4.2 模态分析实例 179
6.5 预应力静态分析 184
6.5.1 预应力静态分析简介 184
6.5.2 预应力静态分析实例 184
6.6 预应力模态分析 194
6.6.1 预应力模态分析简介 194
6.6.2 预应力模态分析实例 194
6.7 屈曲分析 201
6.7.1 屈曲分析简介 201
6.7.2 屈曲分析实例 202
6.8 疲劳分析 210
6.8.1 疲劳分析简介 210
6.8.2 疲劳分析实例 210
第7章 振动分析 218
7.1 概述 218
7.2 动态时域分析 218
7.2.1 动态时域分析简介 218
7.2.2 动态时域分析实例 219
7.3 动态频域分析 229
7.3.1 动态频域分析简介 229
7.3.2 动态频域分析实例 229
7.4 动态冲击分析 243
7.4.1 动态冲击分析简介 243
7.4.2 动态冲击分析实例 243
7.5 随机振动分析 253
7.5.1 动态随机振动分析简介 253
7.5.2 动态随机振动分析实例 254
第8章 灵敏度分析与优化设计研究 263
8.1 概述 263
8.2 标准设计研究 263
8.2.1 标准设计研究简介 263
8.2.2 标准设计研究的创建实例 264
8.3 敏感度分析和优化设计 270
8.3.1 敏感度分析和优化设计概念 270
8.3.2 加强筋敏感度分析和优化设计 271
8.3.3 梁结构的敏感度分析和优化设计 291
8.4 批处理简介 303
8.4.1 批处理简介 303
8.4.2 批处理简介实例 304
第9章 二维平面问题分析 318
9.1 概述 318
9.2 平面应力问题概述 318
9.3 平面应变问题 327
9.4 2D轴对称问题 342
第10章 运动学分析初步 354
10.1 机构运动仿真简介 354
10.2 运动分析工作流程 355
10.3 运动分析的连接 355
10.4 运动学仿真的前处理 357
10.4.1 伺服电动机 357
10.4.2 建立运动特性测量 358
10.5 平面四连杆机构运动学仿真 358
10.6 活塞(曲柄滑块机构)运动学仿真 366
10.7 碟形凸轮运动学仿真 381
第11章 实战案例 389
11.1 问题描述 389
11.2 工程结构分析 389
11.3 仿真结果与实验结果的对比 400
11.4 本章小结 401
第12章 齿轮机构的运动学分析 403
12.1 概述 403
12.2 齿轮机构运动仿真分析 403
12.2.1 齿轮机构简介 403
12.2.2 外啮合齿轮运动分析实例 403
12.2.3 内啮合齿轮运动分析实例 411
12.3 空间定轴轮系运动仿真分析 419
12.3.1 定轴轮系简介 419
12.3.2 空间定轴轮系运动分析实例 419
12.4 周转轮系运动仿真分析 434
12.4.1 周转轮系简介 434
12.4.2 行星轮周转轮系运动分析实例 434
12.5 行星轮系运动仿真分析 444
12.5.1 行星轮系简介 444
12.5.2 行星轮系运动分析实例 444
第13章 实战案例 455
13.1 问题描述 455
13.2 工程分析 456
第14章 Top-Down设计 469
14.1 Top-Down设计概述 469
14.2 Pro/ENGINEER二维布局Layout 469
14.2.1 二维布局(Layout)概述 470
14.2.2 产生2D图元 471
14.2.3 完成Layout的设计 478
14.2.4 参数化Layout——实例研究 483
14.3 关系式及其语法 485
14.3.1 关系式中的数学函数 486
14.3.2 关系式中的运算 487
14.3.3 关系式中的变量 488
14.3.4 关系式中的字符运算 489
14.3.5 关系式的格式 491
14.3.6 关系式的排序 493
14.4 用骨架进行设计 494
14.4.1 骨架文件概述 495
14.4.2 骨架实例 497
14.5 Master Part 503
14.5.1 Master Part的介绍 503
14.5.2 Master Part实例 504
14.6 定义产品组成 512
14.6.1 定义产品组成结构 513
14.6.2 新建零部件的方法说明 514
14.7 Top-Down中设计数据的传递 516
14.7.1 数据传递的方法概述 516
14.7.2 布局传递 517
14.7.3 几何传递 527
主要参考文献 534
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