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據文件進行數據共享, 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)復雜機械結構的首選方案。

1 ANSYS 軟件在機械設計應用中的特點

ANSYS 軟件是集結構、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CAD 軟件的數據接口, 實現了數據共享和交換。具有如下特點: ①強大的網格劃分功能: 在進行網格劃分時, ANSYS 主要有拖拉生成網格, 層網格劃分, 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, 載荷可以是具體數值, 也可以是與時間或者坐標有關的任意函數。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,單元的數據。這些數據具有列表輸出, 圖形顯示, 動畫模擬等多種數據輸出形式。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, 用戶自定義材料結構, 用戶自定義流場邊界條件, 用戶自定義結構斷裂判據和裂紋擴展規(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 軟件包的產品開發(fā)環(huán)境支持并行工作, 它通過一系列完全相關的模塊表述產品的外形、裝配及其他功能。proe 能夠讓多個部門同時致力于單一的產品模型。包括對大型項目的裝配體管理、功能仿真、制造、數據管理等。其中proeWildfire 更增加了行為建模技術使其成為把夢想變?yōu)楝F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, 對曲面產品的需求將會大大增加。proe生成曲面的方法有: 拉伸、旋轉、放樣、掃掠、網格、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, 不僅提供的單元數量少, 網格劃分能力弱, 只能實現簡單的靜力學分析, 而且求解的結果處理也十分煩瑣。可見proe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

隨著科學技術的不斷發(fā)展, 利用先進的CAD 與CAE工具對復雜機械結構進行研究已經成為一種趨勢, 而此時CAD 與CAE 軟件間的數據轉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 通過中間數據格式.IGES 進行轉換

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)之間進行數據轉換。在proe 中將建立的PRT 文件另存為IGES文件, ANSYS 本身內置了IGES 轉換過濾器, 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, 所以對復雜結構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, 進行轉換以后就可以對模型進行網格劃分了, 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格劃分的體。這種情況是不可避免的, 因為眾多的CAD 程序對IGES標準有不同的解釋。

3.2 通過中間數據格式.ANS 進行轉換

.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。由于劃分網格后可以直接在FEM 模塊里進行檢測, 判斷壞單元是否出現, 然后進行及時的幾何修改, 從而降低由于網格劃分不合理而出現的計算誤差。但是在proe 的MECHANICA 模塊中網格劃分的質量與ANSYS 相比質量不高, 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” 在出現的界面里, 選中Configuration options 選項, 點擊OK 按鈕; ③在出現的對話框中選中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, 有關此輪的機械和運動參數如下:密度: 7.8×103kg/m3; 彈性模量: E=200GPa; 泊松比:v=0.3; 轉速: 1000r /s。

根據圖的結構, 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, 劃分網格時應將自由網格劃分和映射網格劃分兩種方法互相結合, 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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