ANSYS與Pro /E間連接方法的應(yīng)用

2013-07-27 by:ProE/Croe培訓(xùn)中心來源:仿真在線

0 引言

proe 是專業(yè)CAD 軟件, ANSYS 是CAE 軟件, 由于每個(gè)軟件都有各自的優(yōu)缺點(diǎn), 單獨(dú)依靠一種軟件不能很好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。雖然不同軟件之間可以通過中間數(shù)據(jù)文件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享, 但是如果不通過專用接口進(jìn)行連接, 不僅丟失特征而且分析結(jié)果也有所偏差, 因此將proe ( 通過proe 可以快速方便地建立各種龐大復(fù)雜的模型) 和有限元分析軟件ANSYS ( 建模能力比較弱)這兩種工具結(jié)合起來, 揚(yáng)長(zhǎng)避短, 避免了重復(fù)勞動(dòng), 充分發(fā)揮兩種軟件的優(yōu)勢(shì), 是研究開發(fā)復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的首選方案。

1 ANSYS 軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)用中的特點(diǎn)

ANSYS 軟件是集結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用有限元分析軟件, 它具有與proe,I- DEAS, AutoCAD 等大多數(shù)CAD 軟件的數(shù)據(jù)接口, 實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和交換。具有如下特點(diǎn): ①強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能: 在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí), ANSYS 主要有拖拉生成網(wǎng)格, 層網(wǎng)格劃分, 局部細(xì)化等方法; ②強(qiáng)大的加載求解能力: 在ANSYS 中, 包括位移、力、溫度在內(nèi)的任何載荷均可以直接施加在任意幾何實(shí)體或者有限實(shí)體上, 載荷可以是具體數(shù)值, 也可以是與時(shí)間或者坐標(biāo)有關(guān)的任意函數(shù)。而且求解時(shí)有多種求解器可供選擇; ③強(qiáng)大的后處理能力: 利用ANSYS 可以獲得任何節(jié)點(diǎn),單元的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有列表輸出, 圖形顯示, 動(dòng)畫模擬等多種數(shù)據(jù)輸出形式。此外時(shí)間歷程分析功能可以對(duì)載荷疊加進(jìn)行分析計(jì)算; ④良好的開放性: ANSYS 的二次開發(fā)語言(APDL) 給了用戶一個(gè)開放的環(huán)境, 允許用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)軟件進(jìn)行擴(kuò)充, 才能從根本上滿足用戶的需求。這個(gè)開放的環(huán)境允許用戶自定義單元特性, 用戶自定義材料結(jié)構(gòu), 用戶自定義流場(chǎng)邊界條件, 用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴(kuò)展規(guī)律等。

同時(shí), 相比其它專業(yè)的CAD 軟件而言, ANSYS 的幾何建模功能相對(duì)較弱, 如果我們利用ANSYS 提供的建模方法, 無論是自底向上的的建模方式還是通過調(diào)用幾何元素和采用布爾運(yùn)算而生成幾何模型的自頂向下建模方式, 對(duì)于建立一個(gè)復(fù)雜的模型來說, 那將是一個(gè)極其煩瑣的過程, 有時(shí)甚至?xí)?0% 的時(shí)間用于幾何建模上, 這將使設(shè)計(jì)人員不能夠把主要精力放在產(chǎn)品的優(yōu)化上, 大大浪費(fèi)了設(shè)計(jì)人員的時(shí)間。

2 Pro /E 在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

proe 軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境支持并行工作, 它通過一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。proe 能夠讓多個(gè)部門同時(shí)致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對(duì)大型項(xiàng)目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。其中proeWildfire 更增加了行為建模技術(shù)使其成為把夢(mèng)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的杰出工具。

proe 中的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具, 它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。隨著人們生活水平的提高, 對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。proe生成曲面的方法有: 拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多, 因此proe 可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。雖然proe 軟件包也包括了功能仿真(CAE) 模塊, 它的主要作用是進(jìn)行有限元分析, 但是它提供的功能和一些專業(yè)有限元軟件相比, 不僅提供的單元數(shù)量少, 網(wǎng)格劃分能力弱, 只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的靜力學(xué)分析, 而且求解的結(jié)果處理也十分煩瑣。可見proe的強(qiáng)項(xiàng)是在CAD 和CAID 模塊而不在CAE 模塊。

3 將Pro /E 模型導(dǎo)入ANSYS 中的傳統(tǒng)方法

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 利用先進(jìn)的CAD 與CAE工具對(duì)復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究已經(jīng)成為一種趨勢(shì), 而此時(shí)CAD 與CAE 軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是首先要研究的問題。下面簡(jiǎn)要介紹將proe 模型導(dǎo)入到ANSYS 中的幾種方法。

3.1 通過中間數(shù)據(jù)格式.IGES 進(jìn)行轉(zhuǎn)換

IGES ( 初等圖形交換規(guī)范) , 是一種普遍接受的中間標(biāo)準(zhǔn)格式, 用來在不同的CAD 和CAE 系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在proe 中將建立的PRT 文件另存為IGES文件, ANSYS 本身內(nèi)置了IGES 轉(zhuǎn)換過濾器, 所以它支持IGES 格式文件的輸入。ANSYS 對(duì)于輸入的IGES 文件提供No defeaturing 和Defeaturemodel 選項(xiàng):

( 1) 當(dāng)選擇No defeaturing 選項(xiàng)時(shí), 不能用增強(qiáng)的拓?fù)浜蛶缀涡薷墓ぞ? 必須使用標(biāo)準(zhǔn)的PREP7 幾何工具來進(jìn)行修補(bǔ)。使用這個(gè)方法將建好的模型導(dǎo)入到ANSYS中, 導(dǎo)入生成體失敗, 最后以面的形式導(dǎo)入。由于這個(gè)方法同樣也只能用目視檢查模型來找問題, 所以對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型也不推薦使用此方法。

( 2) 當(dāng)選擇Defeature model 選項(xiàng)時(shí), 對(duì)于一些模型, 轉(zhuǎn)換過程只需簡(jiǎn)單的幾步, 即選擇要輸入的IGES文件, 設(shè)置一些選項(xiàng), 進(jìn)行轉(zhuǎn)換以后就可以對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分了, 但是許多模型并不能完全地輸入或可能還需要一些手工修改, 以便生成容易進(jìn)行網(wǎng)格劃分的體。這種情況是不可避免的, 因?yàn)楸姸嗟腃AD 程序?qū)GES標(biāo)準(zhǔn)有不同的解釋。

3.2 通過中間數(shù)據(jù)格式.ANS 進(jìn)行轉(zhuǎn)換

.ANS 文件是在proe 的MECHANICA 模塊中對(duì)模型進(jìn)行前處理后生成的文件, 此文件可以與ANSYS 軟件相連接。在proe 的MECHANICA 模塊中, 可以直接對(duì)模型進(jìn)行有限元的前處理。由于劃分網(wǎng)格后可以直接在FEM 模塊里進(jìn)行檢測(cè), 判斷壞單元是否出現(xiàn), 然后進(jìn)行及時(shí)的幾何修改, 從而降低由于網(wǎng)格劃分不合理而出現(xiàn)的計(jì)算誤差。但是在proe 的MECHANICA 模塊中網(wǎng)格劃分的質(zhì)量與ANSYS 相比質(zhì)量不高, 一般不推薦使用。

4 ANSYS 和Pro /E 間無縫連接的方法

下面就以ANSYS 9.0 和proe Wildfire 2.0 為例介紹如何正確的進(jìn)行接口配置, 值得注意的是要注意ANSYS 和proe 的版本, ANSYS 的版本的時(shí)間一定要比proe 版本的時(shí)間晚。具體配置過程如下: ①先安裝好ANSYS9.0 和proe Wildfire 2.0; ②再點(diǎn)擊的“開始- >程序- >ansys9.0- >Utilities - >ANS- ADMIN” 在出現(xiàn)的界面里, 選中Configuration options 選項(xiàng), 點(diǎn)擊OK 按鈕; ③在出現(xiàn)的對(duì)話框中選中Configure Connection proe 選項(xiàng), 點(diǎn)擊OK 按鈕; ④在第一個(gè)下拉菜單選中ANSYSMultiphysics選項(xiàng), 在第二個(gè)下拉菜單選中WIN32 選項(xiàng), 然后點(diǎn)擊OK 按鈕; ⑤在第一個(gè)空白框中輸入你所安裝的proe 的路徑, 然后點(diǎn)擊OK 按鈕就完成了。

連接成功后, 我們啟動(dòng)proe Wildfire 2.0, 在菜單欄項(xiàng)就可以發(fā)現(xiàn)多了一個(gè)菜單。下面包括ANSConConfig和ANSYSGeom 兩個(gè)子菜單, 其中ANSYSGeom 項(xiàng)就可以把proe 中的模型直接傳送到ANSYS 中。就算是再復(fù)雜的機(jī)械設(shè)計(jì)造型和曲面也不會(huì)丟失任何的特征和元素, 從而實(shí)現(xiàn)了ANSYS 和proe 的無縫連接。真正可以發(fā)揮兩個(gè)軟件的優(yōu)勢(shì), 從而方便了機(jī)械設(shè)計(jì)人員。

5 傳統(tǒng)方法與無縫連接方法的實(shí)例比較

5.1 實(shí)例1: 同一零件分析結(jié)果的偏差

問題描述: 對(duì)一個(gè)帶輪(Graph2、Graph3) 的機(jī)械零件進(jìn)行有限元分析, 有關(guān)此輪的機(jī)械和運(yùn)動(dòng)參數(shù)如下:密度: 7.8×103kg/m3; 彈性模量: E=200GPa; 泊松比:v=0.3; 轉(zhuǎn)速: 1000r /s。

根據(jù)圖的結(jié)構(gòu), 該圖可以分為六個(gè)部分, 所以在分析時(shí)只需要分析一個(gè)部分即可。分析時(shí)需注意的是為了提高計(jì)算精度, 劃分網(wǎng)格時(shí)應(yīng)將自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分兩種方法互相結(jié)合, 在加載時(shí)需要注意添加對(duì)稱約束才能反映整個(gè)輪子的情況。

可以看到在proe 中建立實(shí)體模型然后選用專業(yè)接口導(dǎo)入ANSYS 中分析后結(jié)果和實(shí)際符合。圖中可以看到利用igs 中間文件導(dǎo)入后分析結(jié)果和實(shí)際有偏差。

5.2 實(shí)例2: 同一零件導(dǎo)入特征丟失

從Graph4 中可以看到在proe 中建立液浮積分陀螺儀實(shí)體模型然后選用專業(yè)接口導(dǎo)入ANSYS 中, 特征不丟失。而利用igs 中間文件導(dǎo)入ANSYS 中實(shí)體特征丟失, 只剩下點(diǎn)和線了。

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