CAE（computeraidedengineering）是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、動力響應等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。CAE在工程上應用至今，已有50多年的發展歷史，已經是分析連續力學各類問題的一種重要手段，也已成為航空航天、機械、土木結構等領域必不可少的數值計算工具。在CAD/CAE/CAM系統曰益成熟的今天，掌握好CAE軟件的操作和應用對于產品設計和分析有著非常重要的作用。
Pro/ENGINEER是美國參數技術公司（PTC）基于單一數據庫、參數化、特征、全相關及工程數據再利用等概念開發的一個強大的CAD/CAE/CAM軟件。該軟件運用P法進行分析，解析精度高；采用自頂向下的建模方式，提高建模的效率；同時該軟件集結構分析、運動學分析、動力學分析、結構優化等功能于一體，可以完全實現幾何模型和有限元分析的無縫集成，使得設計人員能夠在設計階段就對設計模型進行優化，及時發現問題，提高產品設計質量，降低設計成本，提高工作效率。Pro/MECHANICA是集靜態分析、動態結構分析于一體的有限元模塊，能夠根據實際工況對模型施加約束及載荷，實現靜態、模態、翹曲、疲勞、動態響應、振動等分析。因此，作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準，Pro/MECHANICA得到業界的認可和推廣，是現今主流的CAD/CAE/CAM軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。
本書主要包含三部分內容，第一部分主要是關于Pro/MECHANICA模塊的介紹，首先結合簡單實例對Pro/MECHANICA分析模塊中的相關命令進行介紹。第1章簡單介紹Pro/MECHANICA軟件的特點及安裝方法；第2章主要結合材料力學及彈性力學相關的理論知識對模型進行分析，并運用Pro/MECHANICA進行分析驗證；第3章通過添加材料屬性、網格劃分、約束條件等來介紹Pro/MECHANICA的前處理過程；第4章主要介紹梁單元和殼單元的模型，并結合相關實例，驗證其計算結果與實體單元的差別；第5章通過界面的連接方式、焊縫、剛性連接、受力連接、緊固件等介紹組件分析模型的建模方法；第6章結合相關實例對靜態分析、大變形分析、模態分析、預應力靜態分析、預應力模態分析、屈曲分析、疲勞分析進行講解；第7章結合相關實例對動態時域分析、動態頻域分析、動態沖擊分析、隨機振動分析進行講解；第8章主要針對零件進行敏感度分析與優化設計，接著介紹Pro/MECHANICA的批處理功能；第9章主要介紹二維平面的應力及應變問題；第10章主要結合平面四連桿機構、曲柄滑塊機構、碟形凸輪機構介紹運動學的初步知識；第11章結合汽車變速箱的模型，綜合運用上述知識對其進行分析，并通過實驗進行驗證。第二部分主要介紹了齒輪機構的運動學知識。第12章通過外嚙合齒輪、內嚙合齒輪、空間定軸輪系、周轉輪系、行星輪系來介紹齒輪機構的運動學分析；第13章通過平壓平模切機的實例來介紹機構的運動學分析過程。第三部分主要介紹Top-Down的建模方法，并通過手機外殼和電動機減速器的實例詳細介紹Top-Down的建模過程。
本書所有實例均為常見的結構模型，隨書光盤包含了全部實例的所需文件。每一個實例所需的文件，均放在相應的實例名的文件夾中。
本書在出版過程中，作者的近幾屆研究生，特別是張興林、李剛、劉欣榮、王冰青、顧坤隆、劉紹鯤、馬雅鶴、曹歡、張藝、徐闡、張文學、趙超凡、楊潤春、張翠等，做了大量的資料整理工作，同時在出版過程中也得到了很多專家學者的支持和幫助，在此一并深表感謝。由于時間倉促，加上水平有限，不足之處在所難免，歡迎廣大讀者批評指正。
前言
第1章 Pro/MECHANICA簡介 1
1.1 關于Pro/MECHANICA 1
1.1.1 Pro/MECHANICA結構模塊的主要功能 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 獨立模式 6
1.2.3 操作模式的比較 6
1.3 Pro/MECHANICA的操作界面 7
1.3.1 本書使用的Pro/MECHANICA版本和安裝 7
1.3.2 集成模式的操作界面 8
1.3.3 獨立模式的操作界面 10
1.4 Pro/MECHANICA的功能特性 11
第2章 Pro/MECHANICA的有效性證明 13
2.1 材料力學懸臂梁分析計算 13
2.1.1 問題描述 13
2.1.2 理論解析計算 13
2.1.3 Pro/MECHANICA分析計算 14
2.1.4 結果對比研究 14
2.2 彈性力學孔邊應力集中問題的分析 15
2.2.1 問題描述 15
2.2.2 理論解析計算 16
2.2.3 Pro/MECHANICA分析計算 17
2.2.4 結果對比研究 19
2.3 小結 19
第3章 前處理過程設置 20
3.1 材料性能及定義方法 20
3.1.1 概述 20
3.1.2 材料指定的指導方針 21
3.1.3 材料定義的方法 21
3.2 網格劃分 23
3.3 約束及載荷的定義 26
3.3.1 點約束 27
3.3.2 邊(線)約束 28
3.3.3 面約束 30
3.3.4 坐標系約束 31
3.3.5 對稱約束 34
3.3.6 點載荷 38
3.3.7 壓力載荷 40
3.3.8 軸承載荷 41
3.3.9 體載荷 42
3.3.10 函數功能 46
第4章 梁單元和殼單元 50
4.1 概述 50
4.2 模型分類 50
4.2.1 梁單元概述 50
4.2.2 桁架概述 60
4.2.3 殼單元概述 70
第5章 組件模型的建立 93
5.1 界面 93
5.1.1 連接 93
5.1.2 自由 101
5.1.3 接觸 110
5.2 焊縫 119
5.2.1 端焊縫 120
5.2.2 周邊焊縫 128
5.2.3 點焊縫 136
5.3 剛性連接 145
5.4 受力連接 147
5.5 緊固件 150
第6章 結構分析實例 156
6.1 概述 156
6.2 靜態分析 156
6.2.1 靜態分析簡介 156
6.2.2 線性靜態分析實例 156
6.3 大變形問題分析 162
6.3.1 大變形分析簡介 162
6.3.2 大變形分析實例 163
6.4 模態分析 178
6.4.1 模態分析簡介 178
6.4.2 模態分析實例 179
6.5 預應力靜態分析 184
6.5.1 預應力靜態分析簡介 184
6.5.2 預應力靜態分析實例 184
6.6 預應力模態分析 194
6.6.1 預應力模態分析簡介 194
6.6.2 預應力模態分析實例 194
6.7 屈曲分析 201
6.7.1 屈曲分析簡介 201
6.7.2 屈曲分析實例 202
6.8 疲勞分析 210
6.8.1 疲勞分析簡介 210
6.8.2 疲勞分析實例 210
第7章 振動分析 218
7.1 概述 218
7.2 動態時域分析 218
7.2.1 動態時域分析簡介 218
7.2.2 動態時域分析實例 219
7.3 動態頻域分析 229
7.3.1 動態頻域分析簡介 229
7.3.2 動態頻域分析實例 229
7.4 動態沖擊分析 243
7.4.1 動態沖擊分析簡介 243
7.4.2 動態沖擊分析實例 243
7.5 隨機振動分析 253
7.5.1 動態隨機振動分析簡介 253
7.5.2 動態隨機振動分析實例 254
第8章 靈敏度分析與優化設計研究 263
8.1 概述 263
8.2 標準設計研究 263
8.2.1 標準設計研究簡介 263
8.2.2 標準設計研究的創建實例 264
8.3 敏感度分析和優化設計 270
8.3.1 敏感度分析和優化設計概念 270
8.3.2 加強筋敏感度分析和優化設計 271
8.3.3 梁結構的敏感度分析和優化設計 291
8.4 批處理簡介 303
8.4.1 批處理簡介 303
8.4.2 批處理簡介實例 304
第9章 二維平面問題分析 318
9.1 概述 318
9.2 平面應力問題概述 318
9.3 平面應變問題 327
9.4 2D軸對稱問題 342
第10章 運動學分析初步 354
10.1 機構運動仿真簡介 354
10.2 運動分析工作流程 355
10.3 運動分析的連接 355
10.4 運動學仿真的前處理 357
10.4.1 伺服電動機 357
10.4.2 建立運動特性測量 358
10.5 平面四連桿機構運動學仿真 358
10.6 活塞(曲柄滑塊機構)運動學仿真 366
10.7 碟形凸輪運動學仿真 381
第11章 實戰案例 389
11.1 問題描述 389
11.2 工程結構分析 389
11.3 仿真結果與實驗結果的對比 400
11.4 本章小結 401
第12章 齒輪機構的運動學分析 403
12.1 概述 403
12.2 齒輪機構運動仿真分析 403
12.2.1 齒輪機構簡介 403
12.2.2 外嚙合齒輪運動分析實例 403
12.2.3 內嚙合齒輪運動分析實例 411
12.3 空間定軸輪系運動仿真分析 419
12.3.1 定軸輪系簡介 419
12.3.2 空間定軸輪系運動分析實例 419
12.4 周轉輪系運動仿真分析 434
12.4.1 周轉輪系簡介 434
12.4.2 行星輪周轉輪系運動分析實例 434
12.5 行星輪系運動仿真分析 444
12.5.1 行星輪系簡介 444
12.5.2 行星輪系運動分析實例 444
第13章 實戰案例 455
13.1 問題描述 455
13.2 工程分析 456
第14章 Top-Down設計 469
14.1 Top-Down設計概述 469
14.2 Pro/ENGINEER二維布局Layout 469
14.2.1 二維布局(Layout)概述 470
14.2.2 產生2D圖元 471
14.2.3 完成Layout的設計 478
14.2.4 參數化Layout——實例研究 483
14.3 關系式及其語法 485
14.3.1 關系式中的數學函數 486
14.3.2 關系式中的運算 487
14.3.3 關系式中的變量 488
14.3.4 關系式中的字符運算 489
14.3.5 關系式的格式 491
14.3.6 關系式的排序 493
14.4 用骨架進行設計 494
14.4.1 骨架文件概述 495
14.4.2 骨架實例 497
14.5 Master Part 503
14.5.1 Master Part的介紹 503
14.5.2 Master Part實例 504
14.6 定義產品組成 512
14.6.1 定義產品組成結構 513
14.6.2 新建零部件的方法說明 514
14.7 Top-Down中設計數據的傳遞 516
14.7.1 數據傳遞的方法概述 516
14.7.2 布局傳遞 517
14.7.3 幾何傳遞 527
主要參考文獻 534
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