作者：刘广生 狄长春 解江坤 等
出版社：人民邮电出版社有限公司
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Creo Parametric 5.0动力学与有限元分析从入门到精通试读：
前言
Creo Parametric是在单一数据库、参数化、特征、全相关及工程数据再利用等概念的基础上开发出的一个功能强大的CAD/CAE/CAM软件，它能将产品从设计到生产加工的过程集成在一起，让所有用户同时开展同一产品的设计与制造工作。它是3D产品设计的行业标准。作为业界领先的生产效率工具，它促进用户采用优化的设计方法，同时确保遵守业界和企业的标准。集成的参数化3D CAD/CAM/CAE解决方案可让设计速度比以前更快，同时最大限度地增强创新力度并提高质量，最终创造出不同凡响的产品。
本书基本涵盖了Creo Parametric 5.0机构动力学分析和结构与热力学分析两大部分。从基本操作到模型建立，从概念到综合实例，从分析到优化设计的编制，讲述了模块中各工具的基本功能和操作方法。在每章的最后，还以实例的形式进一步学习基本工具的使用。本书最后以两个典型实例（二级减速器和活塞连杆机构）讲解了使用Creo Parametric 5.0进行工程分析的设计过程。本书的特点主要体现在以下几个方面。
·编排采用循序渐进的方式，适合初、中、高级读者逐步掌握Creo Parametric 5.0软件的基本操作方法，进行产品分析和优化设计。
·以知识点为介绍单元，通过讲解概念、操作方法、经典实例等透彻地剖析每个知识点，以便于读者掌握。
·采用浅显易懂的例子，使读者容易上手操作。每个例子讲解步骤简单全面，易于理解。
·对关键性的技巧以“注意”提醒读者，节约读者的时间和精力。
·内容翔实，选例典型，针对性强。叙述言简意赅、清晰流畅，能使读者快速掌握PTC Creo Parametric 5.0动力学分析和机构分析模块的应用要领。
·结合内容在电子资料包中配置了大量实例源文件以及相关的视频讲解内容，对书中的各个重要实例进行有针对性的讲解，便于读者掌握实际操作的流程和技巧。
本书除利用传统的纸面讲解外，还配送了丰富的学习资源，包含全书讲解实例和练习实例的源文件素材，以及全程实例动画同步AVI文件。扫描下方“资源下载”二维码，即可获得下载方式。为了增强教学的效果，进一步方便读者的学习，作者对实例动画进行了配音讲解。扫描“云课”二维码，下载本书实例操作过程视频文件，也可扫描正文中的二维码观看对应章节的视频。资源下载云课
本书所有实例操作需要的原始文件和结果文件以及上机实验实例的原始文件和结果文件都可以通过封面二维码扫码下载，读者可以复制到计算机硬盘下参考和使用。
本书由陆军工程大学石家庄校区的刘广生、刘洁老师和石家庄三维书屋文化传播有限公司的解江坤三位老师编写，其中刘广生执笔编写了第1~5章，刘洁执笔编写了第6~10章，解江坤执笔编写了第8~11章。胡仁喜、刘昌丽、康士廷等参加了部分章节的编写工作，在此对他们的帮助表示感谢。
由于编者水平有限，时间仓促，难免有欠缺之处。欢迎广大读者发电子邮件到编辑的电子信箱：yanjingyan@ptpress.com.cn，对本书提出批评和建议，以方便做进一步的修改。作者2019.3第1篇 机构动力学分析
本篇主要介绍Creo Parametric 5.0软件关于动力学和有限元分析的3种模式、动力学分析、建立运动模型及设置运动环境、机构动力学分析和动画制作等基础知识。第1章 动力学与有限元分析概述
本章导读
计算机辅助分析（Computer Aided Engineering）又称为CAE，是结合计算机技术和工程分析技术的新兴技术。CAE软件采用计算力学、计算数学、机构动力学、数学仿真技术、工程管理学等诸多学科的传统理论和计算机相结合，形成一种综合性知识密集型的信息化产品。CAE的核心技术为仿真模型运动的运动/动力学仿真技术（即Creo/Mechanism）和有限元分析技术（即Creo/Simulate）。
重点与难点
·集成模式
·FEM模式
·独立模式
·Simulate的安装
使用软件对设计模型进行运动仿真和有限元分析，能够模拟设计对象在真实环境工作中的状况并对其进行分析和研究，尽早发现设计中的缺陷，验证产品功能和性能，提前进行修改和优化，从而减少制造时产生的问题和麻烦，提高设计的可行性并缩短设计周期。PTC Creo Parametric是集CAD/CAM/CAE于一体的大型三维设计软件，其中CAE包含运动分析、结构分析和热力学分析三大部分，强大的功能主要表现在以下几个方面。（1）采用运动学/动力学的理论和方法，通过CAD绘出实体模型并设计出会运动的机构。对整体机构进行运动学/动力学仿真，分析出位置、速度、加速度、作用力等决定机构性能的重要的设计数据。（2）采用工程数值分析中的有限元技术，分析、计算产品机构的应力、变形等物理参数，分析物理量在空间和时间上的分布及变化规律，完成机构的线性、非线性、静力、动力的计算分析。（3）在满足设计要求的前提下，采用过程优化设计方法，对产品的机构、设计参数、结构形状等进行优化设计，使产品机构性能达到最佳状态。（4）采用结构强度与寿命评估的理论、方法规范评估机构的安全性、可靠性和使用寿命。1.1 机构的工作模式
Creo Parametric提供了三种工作模式，即集成模式、FEM（Finite Element Modeling，有限元建模）模式和独立模式。1.1.1 集成模式
集成模式运行于PTC Creo Parametric平台之上，操作界面与PTC Creo Parametric相同，能够直接使用PTC Creo Parametric 5.0的参数进行分析和优化。在装配环境或零件环境，选择功能区中的【应用程序】→【Simulate】命令，如图1-1所示，即可进入集成分析模式。图1-1 【Simulate】命令1.1.2 FEM模式
FEM模式是对模型进行网格划分、边界约束、载荷、理想化等前置处理，随后使用第三方软件，如ANSYS进行求解。在装配环境或零件环境下，在打开集成模式后，单击【主页】功能区【设置】面板上的【模型设置】命令，系统弹出【模型设置】对话框，如图1-2所示，选中【FEM模式】复选框，单击【确定】按钮，就进入FEM分析模式。图1-2 【模型设置】对话框1.1.3 独立模式
独立模式不需要Creo Parametric平台的支持，能够独立运行，并可导入第三方软件模型，功能要比集成模式强。它的操作及界面更接近UNIX环境，较难掌握。需要安装Creo Parametric Simulate后使用程序组中的快捷方式或使用桌面快捷方式启动，如图1-3所示。图1-3 独立模式启动快捷方式1.2 Creo Parametric Simulate的安装
PTC Creo Parametric 5.0可以在工作站或PC上执行，操作系统可为工作站的UNIX或PC上的Windows XP、Windows 7、Windows 8、Windows 10。若在PC上执行，则硬件需求如下。（1）主板。品牌没有要求。（2）CPU。Intel的Pentium3、Pentium4、Celeron及AMD的AthlonXP、Duron都可以，PTC Creo Parametric 5.0支持多CPU的运行。（3）内存。256MB以上。若需要构建复杂曲面、大型组件、模具设计或产生NC加工程序，建议使用1GB以上。（4）显示卡。任何品牌都可以，Video RAM在32MB以上。（5）网卡。必须要有，牌子不限。（6）硬盘。IDE或SCSI都可以，PTC Creo Parametric 5.0+Creo Parametric Simulate系统软件的安装约占3.3GB，再留约700MB的虚拟内存作为几何运算的数据暂存空间，因此需保留4GB左右的硬盘空间给予PTC Creo Parametric 5.0做系统安装。（7）屏幕。没有特定要求，建议在17英寸以上，分辨率在1024×768以上。（8）三键鼠标及键盘。鼠标中间为滚轮式或传统按键式都可以。
注意 PTC Creo Parametric 5.0安装完后，默认工作目录指向不合理，需要进行修改。右键单击桌面上的Creo Parametric图表，在右键菜单中选择【属性】命令，在【属性】对话框中【起始位置】文本框中键入需要设置的默认工作目录，如图1-4所示。单击【确定】按钮，默认工作目录修改完成。图1-4 【属性】对话框第2章 动力学分析
本章导读
动力学分析是针对在计算机上虚拟设计的机构，达到在虚拟环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率、降低成本、缩短设计周期有很大的作用。PTC Creo Parametric 5.0提供了专门进行运动学和动力学分析功能的“机构模块”，即Mechanism模块。使用该模块，可对机构定义，模拟机构中的零件移动及对机构的运动进行分析研究。
重点与难点
·机构模块介绍
·机构工作界面
·功能区介绍
·工具栏
·结构树2.1 机构模块介绍2.1.1 机构模块简介
在PTC Creo Parametric 5.0中，运动仿真和动态分析功能集成于机构模块中，它包括机械设计和动态分析两方面。运动仿真是使用机械设计功能创建机构，定义特定运动副，创建使其能够运动的伺服电动机，实现机构的运动模拟。它可以观察并记录分析，可以测量位置、速度、加速度等运动特征；可以通过图形直观地显示这些测量值；也可以创建轨迹曲线和运动包络，用物理方法描述运动。动态分析是使用机械动态功能在机构上定义重力、力和力矩、弹簧、阻尼等特征。可以对机构设置材料、密度等基本属性特征，使其更加接近现实中的机构，达到真实模拟的目的。
如果对机构进行运动仿真分析，不涉及质量、重力等基本属性参数，只需要使用机械设计分析就能实现运动分析。如果还需要更进一步分析机构在受到重力、外力和力矩、阻尼等参数影响下的仿真运动，必须使用机械设计功能进行静态分析，使用动态分析功能进行动态分析。2.1.2 运动学分析流程
机构运动学仅讨论与刚体运动本身有关的因素，而不讨论引起这些运动的因素（如重力、外力和摩擦力等）。因此，运动学属空间和时间等基本概念及其引出的速度和加速度。运动仿真就是机构运动学分析，它在不考虑作用于机构系统上的力的情况下分析机构运动，并对主体位置、速度和加速度进行测量。运动仿真的分析流程，如图2-1所示。图2-1 运动学分析流程
1.创建模型
建立模型是设计运动仿真的基础，只有机构模型建立正确合理，才能够顺利进行机构的模拟。在机构运动仿真功能中，创建模型主要包括定义机构中的主体、建立零件之间的连接，设置连接轴的属性，根据设计需要添加凸轮、槽轮、齿轮副等特殊连接。
2.检查模型
在装配模型中，拖动可以移动的零部件，观察装配连接情况。
3.添加模型化要素
创建完模型以后，为机构添加伺服电动机等运动分析要素。
4.准备进行分析
定义初始位置，建立测量方式。
5.创建分析模型
创建分析模型，对所创建的机构模型进行运动学分析。
6.获取结果
通过建立机构模型并分析，可以使用回放功能对分析结果回放，检查零件之间的干涉，观察测量结果，获取轨迹曲线和运动包络线，以利于设计者进行机构设计的合理性、可行性等工程分析。2.1.3 动力学分析流程
机构动力学是运动学和力学的统称。力学是研究作用在物体上的力，此时，重力的影响就会被考虑。机构动力学主要是讨论作用在机构上所有的力，包括重力、摩擦力和其他外力。动态分析就是机构动力学分析，即根据实际受力情况对机构添加多个建模图元，包括弹簧、阻尼器、力/力矩负荷和重力。可根据电动机所施加的力及其位置、速度和加速度来定义电动机。它不但可以分析重复装配和运动，而且还可以创建测量，以监测连接上的力以及点、定点和连接轴的速度或加速度。它的分析流程与运动仿真分析流程基本上是一致的，只是设计流程中的内容不同。动力学分析流程如图2-2所示。图2-2 动力学分析流程
1.创建模型
建立模型是设计动态分析的基础步骤，只有机构模型建立正确合理，才能够顺利进行机构的模拟。在机构动态分析功能中，创建模型主要包括定义主体、指定质量属性、生成主体与附着原件之间的连接、定义连接轴、生成特殊连接。
2.检查模型
在装配模型中，拖动可以移动的零部件，观察装配连接情况。
3.添加建模图元
创建模型以后，在机构中添加动力源，即伺服电动机，并添加弹簧、阻尼器、执行电动机、力/力矩负荷和重力等影响运动的要素。
4.创建分析模型
创建分析模型就是对前面创建的机构模型进行运动学分析、动力学分析、静态分析、力平衡、重复装配分析等。
5.获取结果
通过前述对机构模型的建立及分析，可以使用回放功能对分析结果进行回放、检查干涉、查看测量和动态测量、获取轨迹曲线和运动包络线以及创建转移到Simulate结构负荷集，以利于设计者进行机构设计的合理性、可行性等工程分析。2.2 机构工作界面
机构工作界面是集操作工具栏、功能区、界面于一体的可视化窗口。本节主要介绍如何进入机构设计的工作界面及工作界面中工具栏、功能区、结构树和其他工具栏的位置。
机构工作界面是建立在机构模型基础上的，PTC Creo Parametric 5.0中集成模式在启动PTC Creo Parametric后进入装配工作界面，然后在功能区中快速切换到机构工作界面中。
1.进入装配工作界面（1）选择【文件】→【新建】命令，系统弹出【新建】对话框，如图2-3所示。（2）在【类型】选项组中点选【装配】单选钮，在【名称】文本框中输入文件名DT0001，取消对【使用默认模板】复选框的勾选，单击【确定】按钮，系统弹出【新文件选项】对话框，如图2-4所示。图2-3 【新建】对话框图2-4 【新文件选项】对话框（3）选择mmns_asm_design模板，单击【确定】按钮，进入装配工作界面，如图2-5所示。
2.进入机构工作界面图2-5 装配工作界面
在装配环境下定义机构的连接后，依次选择功能区中的【应用程序】→【机构】命令，系统自动进入机构工作界面，如图2-6所示，工作界面中加载了【机构】功能区，同时在结构树中增加了机构树。
装配工作界面是进行零部件装配，生成装配模型的设计平台。在装配过程中要定义机构的连接方式，而机构工作界面是对装配模型进行仿真和分析的设计平台。工作界面最上部分是功能区，中部是工具栏，下部左侧是结构树，下部中间部分为工作区。这些内容会因模块不同而不同。图2-6 机构工作界面2.3 功能区介绍
功能区面板与其他软件相似位于用户界面上方，包含文件、模型、分析、注释、人体模型、工具、视图和应用程序。在选择功能区中的【应用程序】→【机构】命令时会弹出【机构】功能区面板，此时功能区面板为10个，如图2-7所示。图2-7 功能区面板2.3.1 【文件】功能区面板【文件】功能区面板如图2-8所示。提供各种处理文件的指令，如新建文件、打开文件、保存文件、打印文件、关闭文件、设置工作目录、重命名文件、删除文件、设置文件属性、拭除文件以及选项等命令。下面分别简单介绍。图2-8 【文件】功能区面板
1.设置工作目录
默认工作目录为软件安装时设置（一般为【我的文档】）的，默认工作目录不一定符合设计师的设计要求，往往需要将工作目录指向特定的位置。有时，设计师对不同的产品设计，给工作目录指向不同的位置，此时选择功能区中的【文件】→【管理会话】→【选择工作目录】命令，系统会弹出【选择工作目录】对话框，如图2-9所示，在该对话框中设置自己需要的工作目录。设置的工作目录只对本次启动有效，重新启动后工作目录又变为软件安装时设置的工作默认目录。图2-9 【选择工作目录】对话框
2.保存镜像装配【保存镜像装配】命令是对当前工作界面中的零部件进行镜像生成新零部件。选择功能区中的【文件】→【另存为】→【保存镜像装配】命令，系统弹出【镜像装配】对话框，如图2-10所示。在【相关性控制】选项组中点选【几何从属】单选按钮，对装配安装几何从属关系进行镜像。在【新名称】文本框中键入镜像零件的名称。
3.重命名【重命名】命令是将内存中的模型和磁盘中的模型名称更换。该工具的操作步骤如下。（1）选择【文件】→【管理文件】→【重命名】命令，系统弹出【重命名】对话框，如图2-11所示。图2-10 【镜像装配】对话框图2-11 【重命名】对话框（2）在【模型】文本框显示当前打开的模型的名称。（3）在【新名称】文本框中键入要更改模型的新名称。（4）在【公用名称】文本框中键入需要更改模型的新公用名称，只有点选【在会话中重命名】单选按钮，该文本框才可用。（5）点选【在磁盘上和会话中重命名】单选按钮，表示磁盘上和内存中的模型同时更换名称，点选【在会话中重命名】单选按钮，表示只更换内存中模型的名称。（6）单击【确定】按钮，完成模型更名。
4.拭除模型
在进行模型设计中，往往需要关闭文档，重新建立新的文档，关闭的文档在内存中还将存在。（1）通过选择功能区中的【文件】→【管理会话】→【拭除当前】命令，系统弹出【拭除】对话框，如图2-12所示。
在关联对象栏中选择对象，从会话中移除对象，该功能相当于选择功能区中的【视图】→【窗口】→【关闭】命令，关闭会话中当前窗口中的对象。选择该命令，系统弹出【拭除确认】对话框，如图2-13所示，如果没有弹出该对话框，那就说明对象已经删除，省去这一步。图2-12 【拭除】对话框（2）选择功能区中的【文件】→【管理会话】→【拭除未显示的】命令，从会话中移除所有不在窗口中的对象。选择该命令，系统弹出【拭除未显示的】对话框，如图2-14所示，在对话框列表中，显示当前未在窗口中但仍存在于内存中的对象。图2-13 【拭除确认】对话框图2-14 【拭除未显示的】对话框
注意 使用该命令前，确定当前窗口的文档是否已保存。如果文档未保存，使用该命令拭除后，文档不可恢复。（3）选择功能区中的【文件】→【管理会话】→【拭除未用的模型表示】命令，表示从会话中移除未使用的简化表示的对象。该功能使用频率极少。
5.模型属性
选择功能区中的【文件】→【准备】→【模型属性】命令，系统弹出【模型属性】对话框，如图2-15所示，对话框中列出当前窗口中模型的材料、特征和几何、工具、模型界面及关系、参数和实例的信息参数等，单击每一项右侧的【更改】按钮，对其进行更改。单击按钮，系统弹出对话框，显示该项更详细的信息。图2-15 【模型属性】对话框2.3.2 【模型】功能区面板【模型】功能区面板是包含命令较多的功能区面板，如图2-16所示。下面按照面板分类简单介绍。图2-16 【模型】功能区面板
1.【操作】面板
选择【操作】面板，结果如图2-17所示。此面板主要用于对模型等进行编辑，如复制、粘贴、激活、替换、重新生成等，使模型的更改显示在当前窗口中。
2.【获取数据】面板
选择【获取数据】面板，结果如图2-18所示。此面板主要用于创建用户定义特征、创建收缩包络、复制几何和导入外部数据等。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]