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
ANSYS與Pro /E間連接方法的應(yīng)用
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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