轉(zhuǎn)換proeNGINEER與ANSYS間的模型數(shù)據(jù)

2013-08-10 by:廣州有限元培訓(xùn)實(shí)踐中心來(lái)源:仿真在線(xiàn)

ANSYS軟件誕生于上世紀(jì)70年代。在有限元分析軟件的發(fā)展史上,ANSYS一直作為一個(gè)重要成員存在于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,生存下來(lái)并不斷發(fā)展壯大。目前ANSYS是世界上最有影響的以有限元分析為基礎(chǔ)的CAE軟件之一,廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、水利、石油化工、輕工、航空航天、電子及土木工程等行業(yè)的一般工業(yè)設(shè)計(jì)及科學(xué)研究。使用ANSYS進(jìn)行分析必須通過(guò)構(gòu)建三維幾何模型,雖然其本身附帶三維建模模塊,但其建模能力與流行三維造型軟件如proeNGINEER、UG和CATIA等相比實(shí)在太弱。構(gòu)建分析中需要的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和曲面,在ANSYS當(dāng)中實(shí)際很難完成。

proeNGINEER(以下簡(jiǎn)稱(chēng)proe)是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品,目前已經(jīng)發(fā)布了proeNGINEER Wildfire 3.0版。1985年PTC公司成立于美國(guó)波士頓,開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展,proe已經(jīng)成為最優(yōu)秀的三維建模CAD軟件之一。proeNGINEER是一個(gè)基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng),用戶(hù)能迅速方便地利用其建立各種龐大復(fù)雜的模型。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,利用先進(jìn)的CAD/CAE工具對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行研究已經(jīng)成為一種可行方案。充分利用proeNGINEER和ANSYS這兩個(gè)工具在各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),并將其結(jié)合起來(lái)研究開(kāi)發(fā)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)多數(shù)研究群體的首選方案。

一、proeNGINEER向ANSYS進(jìn)行模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式介紹及評(píng)析

當(dāng)前CAD/CAE軟件開(kāi)發(fā)的趨勢(shì)是專(zhuān)業(yè)化分工程度越來(lái)越高。雖然proeNGINEER與ANSYS軟件分別都有相應(yīng)模塊向?qū)Ψ筋I(lǐng)域滲透,允許用戶(hù)在購(gòu)買(mǎi)足夠模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作,但是對(duì)于需要使用CAD/CAE集成系統(tǒng)的工程人員來(lái)說(shuō),只使用單一的proeNGINEER或者ANSYS軟件都很難迅速優(yōu)質(zhì)地完成任務(wù)。工程人員較好的選擇還是構(gòu)建兩者的集成系統(tǒng)作為工作平臺(tái)。

建立由不同軟件組成的集成系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的設(shè)置(這里主要指從proeNGINEER向ANSYS導(dǎo)入模型數(shù)據(jù),使得ANSYS能夠得到準(zhǔn)確有效的模型數(shù)據(jù)便于下一步分析)。本文使用目前流行的版本proeNGINEER Wildfire 2.0與ANSYS 9.0做分析,總結(jié)了三大類(lèi)方式共4種方案可供實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。

1.利用IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換

IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification)是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(ANSI)組織波音公司、通用電氣公司等共同商議制定的。它由一系列產(chǎn)品的幾何、繪圖、結(jié)構(gòu)和其他信息組成,可以處理CAD/CAM系統(tǒng)中的大部分信息,亦受到絕大多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)的支持。IGES文件格式分為ASCⅡ格式和二進(jìn)制格式,其中ASCⅡ格式又有固定行長(zhǎng)(每行8O個(gè)字符)格式和壓縮格式兩種。由proeNGINEER保存的IGES文件格式屬于固定每行80字符的ASCⅡ格式文件。而ANSYS本身內(nèi)置了IGES轉(zhuǎn)換過(guò)濾器,所以它支持IGES格式文件的導(dǎo)入。但由于轉(zhuǎn)換過(guò)濾程序允許輸入部分模型參數(shù),所以ANSYS有時(shí)會(huì)把不能識(shí)別的特征省略掉,如圖1所示。當(dāng)proeNGINEER中建立的模型特征過(guò)多或結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜時(shí),使用IGES文件格式輸入到ANSYS后很可能產(chǎn)生模型斷裂、丟失實(shí)體等情況,會(huì)直接影響模型后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。

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圖1 ANSYS導(dǎo)入IGES文件時(shí)的報(bào)告

通過(guò)實(shí)踐,筆者發(fā)現(xiàn)可以在ANSYS的導(dǎo)入IGES文件對(duì)話(huà)框中作一些選項(xiàng)調(diào)整,多試幾次就可得到滿(mǎn)意效果。實(shí)踐中對(duì)話(huà)框中當(dāng)四個(gè)選項(xiàng)分別選取“Defeature model、合并重合的關(guān)鍵點(diǎn)、產(chǎn)生實(shí)體、刪除小面積”時(shí),就導(dǎo)入效果準(zhǔn)確的模型,如圖2所示的兩種不同選項(xiàng)組合模型有很大差異。使用IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式有個(gè)缺點(diǎn):導(dǎo)入模型相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間,耗費(fèi)的時(shí)間與模型的復(fù)雜程度成正比。

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圖2 導(dǎo)入IGES選項(xiàng)不同導(dǎo)致輸入的模型差異

2 . 使用A N S Y S — P r o /ENGINEER接口轉(zhuǎn)換

A N S Y S 軟件安裝選項(xiàng)中包含與P r o / E N G I N E E R 軟件的接口模塊“Connection for proengineer”。此模塊不僅能將proe模型數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換給ANSYS,同時(shí)還提供了以執(zhí)行部件為基礎(chǔ)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)功能。該功能允許從建立以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化proe模型開(kāi)始,用ANSYS程序?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化,并以一個(gè)優(yōu)化的模型結(jié)束,而且建立好的模型仍是以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化模型。此模塊能給工程人員在有限元分析過(guò)程中考慮采用何種前后處理提供最好的支持。利用軟件自帶接口能夠快速準(zhǔn)確地導(dǎo)入數(shù)據(jù),因此下面將對(duì)此類(lèi)方案著重進(jìn)行分析。

ANSYS在默認(rèn)的狀態(tài)下是不能對(duì)proe中的prt(或asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的。必須通過(guò)以下過(guò)程對(duì)ANSYS設(shè)進(jìn)行連接設(shè)置以激活模塊。

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圖3 ANS_ADMIN 9.0對(duì)話(huà)框

鼠標(biāo)點(diǎn)擊“ 開(kāi)始→ 程序→ANSYS 9.0→Utilities→ANS_ADMIN”,出現(xiàn)如圖3所示對(duì)話(huà)框,選擇“Configuration options →O K ” , 接下來(lái)的對(duì)話(huà)框順序選取“Configuration Connection for
proeNGINEER → OK”和“ANSYSMultiphysics & WIN32 → OK”。

完成后,A N S Y S會(huì)自動(dòng)提示已在自己的安裝目錄中成功生成了config.anscon文件,在接下來(lái)出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框“proeNGINEERInstallation path”選項(xiàng)后輸入P r o / E 的起始安裝路徑如“ E : \proeWildfire 2.0”,“Language used with proengineer”選項(xiàng)用默認(rèn)的“usascii”,然后點(diǎn)擊“0K”。出現(xiàn)對(duì)話(huà)框提示在proe目錄下成功建立了一個(gè)protk.dat文件,點(diǎn)擊確定即完成配置?，F(xiàn)在打開(kāi)proe,如果在“工具”菜單的后面出現(xiàn)一個(gè)新菜單“ANSYS 9.0”(如圖4所示),就表示已經(jīng)成功建立了接口。

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圖4 proe下的ANSYS菜單

接口配置完成后,就可以使用以下兩個(gè)方案實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換:

(1)使用ANSYS直接導(dǎo)入proe模型數(shù)據(jù)

打開(kāi)ANSYS,在點(diǎn)擊“File→Import→proe”后出現(xiàn)的對(duì)話(huà)框中,選擇填入正確的prt文件名,并在“proeNGINEER command”欄中填入正確運(yùn)行P r o / E 的命令如“proe”,然后點(diǎn)“OK”即可完成輸入。此操作要求被打開(kāi)的prt文件必須在proe的工作目錄中,或者proe與ANSYS有相同的工作目錄,否則會(huì)出現(xiàn)找不到anf文件的錯(cuò)誤。如果前面在“proeNGINEER command”欄中填入了錯(cuò)誤的運(yùn)行命令,系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)致命錯(cuò)誤的提示,這時(shí)重新輸入正確即可。在某些ANSYS版本中此功能有Bug,當(dāng)直接導(dǎo)入方案行不通時(shí)可以采用本文論述的其他方案。

(2)使用anf文件導(dǎo)入模型數(shù)據(jù)打開(kāi)proe后,新建或者打開(kāi)一個(gè)p r t文件(可以不必輸入材料特性),點(diǎn)擊如圖4所示的菜單“ANSYSGeom”, 就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ANSYS進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換。因?yàn)橐Ｗo(hù)數(shù)據(jù)一致性,所以此種轉(zhuǎn)換模式完成后不允許用戶(hù)在proeNGINEER環(huán)境中更改模型,如若需要更改只能在ANSYS中做模型修改,否則必須退出ANSYS才能回到proeNGINEER環(huán)境。轉(zhuǎn)換過(guò)程中proeNGINEER會(huì)在自身的的工作目錄下生成數(shù)個(gè)同名的文件,其中一個(gè)后綴名為.anf的文件就是可供ANSYS讀取的格式。anf文件是ASCⅡ格式文件,其中記錄了模型的特征數(shù)據(jù),是ANSYS導(dǎo)入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式之一。只要運(yùn)行一次直接導(dǎo)入并生成了anf文件,就不需要再同時(shí)打開(kāi)proeNGINEER和ANSYS兩個(gè)大型軟件了。通常的做法是運(yùn)行ANSYS,從菜單“File→Read input from”中選擇該文件,即可完成模型的輸入。

3.在proeNGINEER下選擇ANSYS做求解器輸出轉(zhuǎn)換文件

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圖5 運(yùn)行有限元分析菜單

對(duì)于較簡(jiǎn)單零件的分析可以使用proeNGINEER選擇ANSYS做求解器輸出轉(zhuǎn)換文件的方案。新建或打開(kāi)一個(gè)prt文件后,調(diào)用“應(yīng)用程序”菜單中的Mechanica程序進(jìn)入有限元FEM模式。此模式下允許輸出以ANSYS為求解器的ans文件,此文件為ANSYS專(zhuān)用的附帶網(wǎng)格信息的模型數(shù)據(jù)文件,屬于ASCⅡ文件格式,文件中的標(biāo)題部分指出允許讀入此文件的最低ANSYS版本,如proeNGINEER Wildfire 2.0生成的ans文件要求是ANSYS 7.1。同使用anf文件一樣,我們可以從ANSYS菜單“File→Read input from”中選擇文件,完成模型的輸入。不同之處在于此時(shí)導(dǎo)入的模型是帶有有限元網(wǎng)格的。

生成ans文件的步驟如下:點(diǎn)擊“網(wǎng)格”菜單選擇“創(chuàng)建”,接下來(lái)一系列對(duì)話(huà)框是關(guān)于網(wǎng)格的選項(xiàng),全部采用默認(rèn)也可創(chuàng)建網(wǎng)格。網(wǎng)格創(chuàng)建完畢之后,“分析”菜單中的“有限元求解”選項(xiàng)即可使用,點(diǎn)擊后出現(xiàn)如圖5所示的運(yùn)行有限元分析的菜單。在選擇菜單中,選擇求解器為ANSYS以及輸出到文件選項(xiàng),如圖5所示。點(diǎn)擊“OK”之后proeNGINEER就在工作目錄下建立了與prt文件名相同的ans文件。

二、轉(zhuǎn)換當(dāng)中一些值得注意的問(wèn)題

在利用proeNGINEER與ANSYS構(gòu)成CAD/CAE集成系統(tǒng)的過(guò)程中容易產(chǎn)生一些錯(cuò)誤,只有多實(shí)踐才能根據(jù)出錯(cuò)提示找到正確的解決方式。以下列舉一些常見(jiàn)問(wèn)題的解決方式:

(1)proeNGINEER與ANSYS必須安裝于同一個(gè)操作系統(tǒng)下,ANSYS為了完成與proeNGINEER的連接需要指定proeNGINEER的安裝路徑,所以安裝的順序必須是先裝proeNGINEER再裝ANSYS,最后設(shè)置連接過(guò)程。

(2)proeNGINEER與ANSYS都有許多版本,proeNGINEER中生成的文件能夠順利被ANSYS讀取的條件是安裝的ANSYS版本發(fā)布時(shí)間要在proeNGINEER版本之后。表1中列舉了常用proeNGINEER與ANSYS版本的發(fā)布時(shí)間以供參照。

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表1 proe與ANSYS版本發(fā)布時(shí)間對(duì)照

(3)重要交換文件(如i g s、anf、ans文件)必須建立在不帶有特殊字符和空格的文件夾中,否則ANSYS讀取文件的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)明明文件存在,但卻因?yàn)檎也坏轿募K止讀取的錯(cuò)誤。較好的解決方法就是為每一個(gè)項(xiàng)目專(zhuān)門(mén)建立一個(gè)只含有字母、數(shù)字、下劃線(xiàn)的文件夾,工作時(shí)把proeNGINEER與ANSYS的工作目錄都設(shè)置在這個(gè)文件夾中。既避免出錯(cuò),又比較容易管理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件。

(4)導(dǎo)入文件后有可能出現(xiàn)不能正確顯示模型的情況,此時(shí)可以觀察ANSYS的模型顯示區(qū)域左下角,當(dāng)出現(xiàn)模型文件名時(shí)就說(shuō)明其實(shí)已經(jīng)導(dǎo)入成功了。點(diǎn)擊“QSave”圖標(biāo)之后再點(diǎn)擊“RESUM_DB”按鈕重載一次數(shù)據(jù)庫(kù),模型就可正常顯示。

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