ANSYS與Pro /E間連接方法的應用

2013-07-27 by:ProE/Croe培訓中心來源:仿真在線

0 引言

proe 是專業(yè)CAD 軟件, ANSYS 是CAE 軟件, 由于每個軟件都有各自的優(yōu)缺點, 單獨依靠一種軟件不能很好的完成設計任務。雖然不同軟件之間可以通過中間數(shù)據(jù)文件進行數(shù)據(jù)共享, 但是如果不通過專用接口進行連接, 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, 揚長避短, 避免了重復勞動, 充分發(fā)揮兩種軟件的優(yōu)勢, 是研究開發(fā)復雜機械結(jié)構(gòu)的首選方案。

1 ANSYS 軟件在機械設計應用中的特點

ANSYS 軟件是集結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場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, 實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享和交換。具有如下特點: ①強大的網(wǎng)格劃分功能: 在進行網(wǎng)格劃分時, ANSYS 主要有拖拉生成網(wǎng)格, 層網(wǎng)格劃分, 局部細化等方法; ②強大的加載求解能力: 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體或者有限實體上, 載荷可以是具體數(shù)值, 也可以是與時間或者坐標有關(guān)的任意函數(shù)。而且求解時有多種求解器可供選擇; ③強大的后處理能力: 利用ANSYS 可以獲得任何節(jié)點,單元的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有列表輸出, 圖形顯示, 動畫模擬等多種數(shù)據(jù)輸出形式。此外時間歷程分析功能可以對載荷疊加進行分析計算; ④良好的開放性: ANSYS 的二次開發(fā)語言(APDL) 給了用戶一個開放的環(huán)境, 允許用戶根據(jù)自己的實際情況對軟件進行擴充, 才能從根本上滿足用戶的需求。這個開放的環(huán)境允許用戶自定義單元特性, 用戶自定義材料結(jié)構(gòu), 用戶自定義流場邊界條件, 用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴展規(guī)律等。

同時, 相比其它專業(yè)的CAD 軟件而言, ANSYS 的幾何建模功能相對較弱, 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算而生成幾何模型的自頂向下建模方式, 對于建立一個復雜的模型來說, 那將是一個極其煩瑣的過程, 有時甚至會將80% 的時間用于幾何建模上, 這將使設計人員不能夠把主要精力放在產(chǎn)品的優(yōu)化上, 大大浪費了設計人員的時間。

2 Pro /E 在機械設計中的應用

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 能夠讓多個部門同時致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對大型項目的裝配體管理、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)使其成為把夢想變?yōu)楝F(xiàn)實的杰出工具。

proe 中的機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具, 它可繪制任意復雜形狀的零件。隨著人們生活水平的提高, 對曲面產(chǎn)品的需求將會大大增加。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, 只能實現(xiàn)簡單的靜力學分析, 而且求解的結(jié)果處理也十分煩瑣?？梢妏roe的強項是在CAD 和CAID 模塊而不在CAE 模塊。

3 將Pro /E 模型導入ANSYS 中的傳統(tǒng)方法

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展, 利用先進的CAD 與CAE工具對復雜機械結(jié)構(gòu)進行研究已經(jīng)成為一種趨勢, 而此時CAD 與CAE 軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是首先要研究的問題。下面簡要介紹將proe 模型導入到ANSYS 中的幾種方法。

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

IGES ( 初等圖形交換規(guī)范) , 是一種普遍接受的中間標準格式, 用來在不同的CAD 和CAE 系統(tǒng)之間進行數(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 對于輸入的IGES 文件提供No defeaturing 和Defeaturemodel 選項:

( 1) 當選擇No defeaturing 選項時, 不能用增強的拓撲和幾何修改工具, 必須使用標準的PREP7 幾何工具來進行修補。使用這個方法將建好的模型導入到ANSYS中, 導入生成體失敗, 最后以面的形式導入。由于這個方法同樣也只能用目視檢查模型來找問題, 所以對復雜結(jié)構(gòu)的模型也不推薦使用此方法。

( 2) 當選擇Defeature model 選項時, 對于一些模型, 轉(zhuǎn)換過程只需簡單的幾步, 即選擇要輸入的IGES文件, 設置一些選項, 進行轉(zhuǎn)換以后就可以對模型進行網(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, 以便生成容易進行網(wǎng)格劃分的體。這種情況是不可避免的, 因為眾多的CAD 程序?qū)GES標準有不同的解釋。

3.2 通過中間數(shù)據(jù)格式.ANS 進行轉(zhuǎn)換

.ANS 文件是在proe 的MECHANICA 模塊中對模型進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, 可以直接對模型進行有限元的前處理。由于劃分網(wǎng)格后可以直接在FEM 模塊里進行檢測, 判斷壞單元是否出現(xiàn), 然后進行及時的幾何修改, 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 的版本的時間一定要比proe 版本的時間晚。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, 點擊OK 按鈕; ③在出現(xiàn)的對話框中選中Configure Connection proe 選項, 點擊OK 按鈕; ④在第一個下拉菜單選中ANSYSMultiphysics選項, 在第二個下拉菜單選中WIN32 選項, 然后點擊OK 按鈕; ⑤在第一個空白框中輸入你所安裝的proe 的路徑, 然后點擊OK 按鈕就完成了。

連接成功后, 我們啟動proe Wildfire 2.0, 在菜單欄項就可以發(fā)現(xiàn)多了一個菜單。下面包括ANSConConfig和ANSYSGeom 兩個子菜單, 其中ANSYSGeom 項就可以把proe 中的模型直接傳送到ANSYS 中。就算是再復雜的機械設計造型和曲面也不會丟失任何的特征和元素, 從而實現(xiàn)了ANSYS 和proe 的無縫連接。真正可以發(fā)揮兩個軟件的優(yōu)勢, 從而方便了機械設計人員。

5 傳統(tǒng)方法與無縫連接方法的實例比較

5.1 實例1: 同一零件分析結(jié)果的偏差

問題描述: 對一個帶輪(Graph2、Graph3) 的機械零件進行有限元分析, 有關(guān)此輪的機械和運動參數(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), 該圖可以分為六個部分, 所以在分析時只需要分析一個部分即可。分析時需注意的是為了提高計算精度, 劃分網(wǎng)格時應將自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分兩種方法互相結(jié)合, 在加載時需要注意添加對稱約束才能反映整個輪子的情況。

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

5.2 實例2: 同一零件導入特征丟失

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

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