于興軍，宋廣明

（1.牡丹江管局雙峰農(nóng)場(chǎng)，密山 158308；2.大慶高新區(qū)興化園區(qū)管委會(huì)）

目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了很大變化，已經(jīng)由以前的憑經(jīng)驗(yàn)靠手工設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆?jì)算機(jī)設(shè)計(jì)。用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：（1）使用CAD/CAE軟件完成產(chǎn)品的建模；（2）用分析軟件對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)態(tài)特性分析；（3）通過(guò)仿真軟件對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下測(cè)試。

這三個(gè)步驟是相互聯(lián)系相互影響的，后一步都要以前面的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。第一步根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立模型后，在第二步中對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性分析，如果分析結(jié)果不滿足要求必須回到第一步修改模型，直到滿足要求。最后對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真分析，如果仿真結(jié)果不滿足要求也必須回到第一步對(duì)模型進(jìn)行修改，直到分析結(jié)果和仿真結(jié)果都滿足要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和仿真分析時(shí)都用到了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)，模型可以在分析軟件上直接進(jìn)行實(shí)體建模也可以由CAD/CAE軟件導(dǎo)入分析軟件中，能否保持原來(lái)精度直接關(guān)系到分析結(jié)果的可信度[1]?，F(xiàn)在，CAD/CAE軟件種類(lèi)比較多，其中PTC公司的PRO/E軟件和SolidWorks公司的Solidworks應(yīng)用比較廣泛，也都實(shí)現(xiàn)了模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能。分析類(lèi)軟件種類(lèi)也不少，其中ANSYS軟件是融結(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，因此應(yīng)用最為普遍。所以，ANSYS軟件與CAD/CAE軟件實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確性將直接影響到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性和設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性[2]。

1 PRO/E與ANSYS及SOLIDWORKS與ANSYS之間的連接方法

1.1 PRO/E與ANSYS的連接方法

PRO/E與ANSYS的連接有兩種方法：一種是使用ANSYS提供的圖形接口；另一種是將ANSYS直接集成在Pro/E中。

使用ANSYS提供的圖形接口：ANSYS提供了與Pro/E軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和交換的圖形接口，ANSYS自帶的圖形接口能識(shí)別Pro/E標(biāo)準(zhǔn)的文件。使用這些接口轉(zhuǎn)換模型的方法很簡(jiǎn)單，只要在Pro/E中將建好的模型使用“另存為”或者“導(dǎo)出命令”，保存為ANSYS能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)圖形文件，通常使用IGES文件。

在ANSYS中使用File-Import導(dǎo)入模型，然后進(jìn)行模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)修改。對(duì)于復(fù)雜模型轉(zhuǎn)換后，總會(huì)存在一些問(wèn)題，例如線面的丟失、圖元無(wú)法轉(zhuǎn)換等，而且ANSYS讀入IGES文件所需的時(shí)間很長(zhǎng)。

將ANSYS直接集成在Pro/E中：首先設(shè)置ANSYS與PRO/E的接口：選擇“程序”-ANSYS 10.0-Utilities-Ans ADMIN，具體步驟如圖1所示。

圖1 連接步驟Fig.1 Connecting Steps

圖2 連接結(jié)果Fig.2 Connecting Results

點(diǎn)擊“OK”完成ANSYS與Pro/E的接口設(shè)置。打開(kāi)Pro/E，在菜單管理器中這時(shí)多出了“ANSYS 10.0”，如圖2所示，這表明己經(jīng)將ANSYS集成在Pro/E中了。在Pro/E中完成建模后直接點(diǎn)擊“ANSYS1.0”選項(xiàng)里的“ANSYS Geom”，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將ANSYS打開(kāi)，將當(dāng)前模型導(dǎo)入到ANSYS中去，只要使用“Plot”菜單中的“Volume”選項(xiàng)，就可以將實(shí)體模型顯示出來(lái)。由于是將ANSYS直接集成在Pro/E之中，所以模型的整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程可以在不脫離Pro/E和ANSYS這兩個(gè)軟件的情況下進(jìn)行。從而實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫連接，真正做到了CAD/CAE的一體化。

1.2 SOLIDWORKS與ANSYS之間的連接方法

SolidWorks軟件導(dǎo)出的文件格式比較多，其中*.X_T是實(shí)現(xiàn)與ANSYS模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換最常用的一種文件格式，*.X_T格式文件可以轉(zhuǎn)換得到圖形屬性最完整圖，但*.X_T格式文件的文件名必須是英文或者拼音名[3]。將SolidWorks的圖轉(zhuǎn)換到ANSYS中，讀出來(lái)是實(shí)體圖形，方法如下：SolidWorks的輸出為Parasolid的*.X_T格式文件，打開(kāi)ANSYS軟件，在“file-import-PARA”讀取 *.X_T文件。最后在“plotctrls-style-Solid Model facets-Facets-Normal Faceting”設(shè)置后，顯示實(shí)體模型。

對(duì)于簡(jiǎn)單的實(shí)體模型在ANSYS環(huán)境下可以建模，隨著ANSYS的應(yīng)用日益廣泛，它需要處理的模型也越來(lái)越復(fù)雜，ANSYS自帶的建模功能就顯得非常不足。因此，把Pro/E、SolidWorks與ANSYS結(jié)合使用，充分利用Pro/E、SolidWorks快速準(zhǔn)確建模的特長(zhǎng)，就可以很好地解決ANSYS建模能力的不足，能有效提高建模速度，提高模型質(zhì)量，簡(jiǎn)化分析工作，對(duì)工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)意義于分重大。

2 在ANSYS環(huán)境下建模與導(dǎo)入模型的精度分析

盡管Pro/E、SolidWorks與ANSYS實(shí)現(xiàn)了模型導(dǎo)入功能，但是相對(duì)于ANSYS界面下所建模型，其ANSYS分析精度會(huì)相差多大，下面以一個(gè)三維實(shí)體模型為例，分別由ANSYS界面建模，PRO/E及SolidWorks導(dǎo)入模型進(jìn)行有限元分析，并比較分析結(jié)果。如圖3所示，連接環(huán)的左端固定，右端孔下半環(huán)作用一個(gè)均勻壓力載荷大小是50 MPa。單元均采用Tet 10 node187，材料彈性模量2.2 E+11，泊松比為0.3[4]。

圖3 連接環(huán)示意圖Fig.3 Central Diagram

2.1 ANSYS環(huán)境下建模分析結(jié)果

在ANSYS環(huán)境下，建立如圖3所示的模型，然后加載進(jìn)行Von Mises分析。Von Mises分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 Von Mises結(jié)果1Fig.4 The results of Von Mises1

2.2 PRO/E導(dǎo)入模型建模分析結(jié)果

在PRO/E環(huán)境下，建立如圖3所示的模型，導(dǎo)入ANSYS中，然后加載進(jìn)行Von Mises分析。Von Mises分析結(jié)果如圖5所示。

圖5 Von Mises結(jié)果2Fig.5 The results of Von Mises2

2.3 SolidWorks*.X_T格式文件導(dǎo)入模型分析結(jié)果

用SolidWorks*.X_T格式文件導(dǎo)入模型的方式，建立如圖3所示的模型進(jìn)行Von Mises分析，則Von Mises分析結(jié)果如圖6所示。

三種建模方法所得到的預(yù)報(bào)結(jié)果，如表1所示。

表1 三種環(huán)境分析結(jié)果Table 1 The results of three types of environment

3 結(jié)論

根據(jù)三種建模方法所得到的預(yù)報(bào)結(jié)果可知：由PRO/E導(dǎo)入模型的無(wú)縫連接與ANSYS環(huán)境下建模，分析結(jié)果的各個(gè)數(shù)據(jù)誤差?。挥肧olidWorks*.X_T格式導(dǎo)入模型的分析方法，其分析結(jié)果誤差相對(duì)較大。因此，對(duì)于復(fù)雜模型的ANSYS分析，應(yīng)優(yōu)先選擇PRO/E導(dǎo)入模型的無(wú)縫連接方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，從而提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率，有更好的適用性。用SolidWorks*.X_T格式導(dǎo)入模型的分析方法，雖有誤差但仍能滿足一般的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確度要求。

［1］鄧凡平.ANSYS10.0有限元自學(xué)手冊(cè)［M］.北京:人民郵電出版社，2007.

［2］SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)院.SolidWorks2007高級(jí)設(shè)計(jì)［M］.北京:人民郵電出版社，2008.

［3］張朝暉.ANSYS11.0結(jié)構(gòu)分析工程應(yīng)用實(shí)例解析［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008.