劉巖松, 董林福, 信紅波, 武晶晶
(沈陽化工大學(xué)機械工程學(xué)院,遼寧沈陽110142)
隨著技術(shù)的進步,求解越來越復(fù)雜和大規(guī)模的計算模型成為一種趨勢,然而CAE的建模功能常常成為分析的瓶頸,需要在建模功能更為強大和方便的CAD環(huán)境中進行建模工作,然后再將CAD模型導(dǎo)入分析軟件進行分析.因此,分析軟件接口的好壞直接影響到分析的進程[1].
目前基本轉(zhuǎn)換方法有兩種,即在CAE軟件中直接讀入CAD模型文件和通過中間格式文件轉(zhuǎn)換[2].前者受到軟件類別及版本的限制,后者受到各軟件公司內(nèi)核兼容性的限制.在相互轉(zhuǎn)換過程中常會出現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象,并且模型的修改和更新不能及時反饋到CAE模型中,重復(fù)建模更要耗費大量的時間和精力[3-5],這就使得CAD與CAE軟件之間的接口技術(shù)變得深不可測.事實上,兩者之間的無縫鏈接是可以快速實現(xiàn)的.
關(guān)于早期版本CAD軟件與CAE軟件的圖形數(shù)據(jù)接口問題,有許多很好的探索.其中二維CAD軟件的導(dǎo)入大多是以IGES格式完成,而三維CAD軟件的圖形數(shù)據(jù)的導(dǎo)入相對繁瑣一些.現(xiàn)以ANSYS和pro/E為例,比較典型的接口方法有如下幾種:
(1)IGES格式導(dǎo)入法
在Pro/E中建立模型后(一般是part),從菜單File_save a copy中選擇IGES類型存盤,啟動Ansys,從菜單 file<import<IGES選擇形成的IGES格式文件即可.在Ansys中輸入模型時,可能會出現(xiàn)模型斷裂,需要對“Defeature、合并重合的關(guān)鍵點、產(chǎn)生實體、刪除小面積”等選項進行改變,反復(fù)修改,直到圖形數(shù)據(jù)達到要求.
(2)無縫鏈接法
在安裝 ANSYS時,必須安裝ANSYS Connection For Pro/ENGINEER模塊(代號82).在“開始 <程序 <ANSYS 5.6<ANS<ADMIN Utility”中,選擇configuration options,再選擇configure connection for Pro/E,然后輸入模塊類型、圖形類型、工作空間大小等,之后輸入Pro/E的安裝路徑,完成“連接”安裝.運行Pro/E,打開一個已建好的模型,最后一行會出現(xiàn) ANSYS GEOM,單擊它,直到自動調(diào)用并啟動了ANSYS.此時再選取File<import<Pro/E,在文件名一欄中輸入正確的文件名,點OK即可完成輸入[6].ANSYS 5.7以后的版本在局部會有些小的出入,但是總體的鏈接方法大致都為上述步驟.
(3)Pro/E預(yù)處理法
在 Pro/E中打開建好的模型,選擇菜單Applications<Mechanica,此時會進入有限元FEM模式,可以進行結(jié)構(gòu)、熱等的分析,選擇結(jié)構(gòu)<分網(wǎng)(mesh)<create-<solid<start,開始分網(wǎng),完成后關(guān)閉對話框,選擇菜單中的Run,在對話框的求解器中選擇ANSYS,輸出到文件,填入文件名,點取OK(材料不必輸入),即可生成一個*.ans文件.運行Ansys,從命令Utility Menu<File<Read input from...中,選擇剛才產(chǎn)生的*.ans文件,即可以完成導(dǎo)入.
CAXA 2009機械版是北京數(shù)碼大方科技有限公司開發(fā)研制的一套擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的二維計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件,擁有先進的局部參數(shù)化設(shè)計和通用的數(shù)據(jù)接口.
二維圖形數(shù)據(jù)交換主要以IGES格式為主.IGES是由美國國家標準局主持,由波音公司和通用電氣公司參加的技術(shù)委員會,于1980年編制的初始圖形信息交換技術(shù)規(guī)范,并由美國國家標準協(xié)會公布的美國標準.當今流行的CAD軟件都具備IGES接口,IGES格式也因此成為一種被普遍接受的中間標準格式.
具體實現(xiàn)步驟如下:
(1)啟動CAXA 2009,繪制模數(shù)為2、齒數(shù)為42的齒輪二維輪廓線,如圖1所示.
圖1 CAXA齒輪二維輪廓線Fig.1 Two dimensional contour of CAXA gear
(2)將圖形文件另存為IGES格式.
(3)在ANSYS 12.0環(huán)境下,命令為Utility Menu>File>Import>IGES,導(dǎo)入結(jié)果如圖2所示.
圖2 ANSYS 12.0導(dǎo)入結(jié)果Fig.2 ANSYS 12.0 lead-in result
三維圖形數(shù)據(jù)交換如果使用IGES格式會出現(xiàn)圖形元素丟失的現(xiàn)象,但是在二維數(shù)據(jù)交換時IGES格式一般不會出現(xiàn)上述情況.實際上,很多人往往忽視二維CAD軟件與CAE軟件的圖形數(shù)據(jù)交換,而CAXA在曲線造型功能上優(yōu)于ANSYS.因此,能夠熟悉并利用二維CAD軟件的功能會給CAE軟件的前期準備做很好的鋪墊,在實際工程計算過程中也能節(jié)省不少的時間.
目前,Pro/E和ANSYS軟件分別是CAD和CAE軟件的典型代表,ANSYS 12.0和 Pro/E wildfire 5.0則是兩者的最新版本.Pro/E是美國PTC公司開發(fā)的多項技術(shù)集成產(chǎn)品,其功能強大,用途廣泛,其強大的建模功能可以繪制任意復(fù)雜形狀的零件,但是分析功能較弱;ANSYS是美國ANSYS公司推出的大型有限元分析軟件,它是一種集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁場、聲場和耦合場分析于一體的大型通用有限元分析軟件,但是其實體建模功能有限[7].而這兩種軟件各自的短處恰恰又是對方的長處,解決矛盾的途徑是將兩者結(jié)合起來,發(fā)揮各自的長處.先用Pro/E建模,然后在ANSYS中進行分析,如何將兩者更好地結(jié)合,使數(shù)據(jù)傳遞更完善,是一個關(guān)鍵的問題[8].
2.2.1 安裝與配置
(1)ANSYS 12.0與Pro/E wildfire 5.0的PC機配置要求見表1.
表1 ANSYS 12.0與Pro/E wildfire 5.0的PC機配置Table 1 PC disposition of ANSYS 12.0 and Pro/E wildfire 5.0
(2)ANSYS 12.0與Pro/E wildfire 5.0的PC機安裝方法
CAD軟件與CAE軟件在三維圖形數(shù)據(jù)接口的問題上最好不要采用IGES的格式.理論上,所有的CAD軟件格式模型都可以轉(zhuǎn)換為IGES格式文件,然后導(dǎo)入到分析軟件中去;而事實上,各軟件公司在開發(fā)自己的軟件時,內(nèi)核必然存在著與其他軟件不兼容的部分,這種轉(zhuǎn)換是以犧牲圖形文件信息為代價的,表現(xiàn)為導(dǎo)入到ANSYS后,圖形文件會丟失體面線等,或是多了元素,修補特別麻煩,耗費大量人力物力,尤其對于復(fù)雜模型,導(dǎo)入后出現(xiàn)的問題更多.導(dǎo)入時選擇Defeature model,則會彈出警告信息,更嚴重的是導(dǎo)致ANSYS軟件產(chǎn)生錯誤,自行關(guān)閉,這種問題目前暫時無法解決[5].因此,需要將CAE軟件集成到CAD軟件當中,這樣就可以實現(xiàn)兩種軟件之間的無縫鏈接.做到無縫鏈接,首先需要從安裝做起,具體操作步驟如下:
(a)安裝Pro/E wildfire 5.0,以安裝在C盤根目錄下為例:C/Program Files/Proe Wildfire 5.0,啟動目錄為C/Program Files/Users;
(b)安裝ANSYS 12.0,ANSYS需要安裝在Pro/E wildfire 5.0的同一根目錄下,啟動目錄同樣為C/Program Files/Users;
(c)選擇支持軟件,在第3行空白處輸入所選擇的CAD軟件的安裝路徑,見圖3、圖4.
待安裝完畢后,啟動Pro/E wildfire 5.0,會發(fā)現(xiàn)ANSYS 12.0及WORKBENCH都已經(jīng)集成到Pro/E wildfire 5.0的常用工具欄之中了,見圖5.
圖3 選擇支持軟件Fig.3 Select sustaining soft
圖4 輸入安裝路徑Fig.4 Import installation path
圖5 ANSYS與Pro/E的集成Fig.5 ANSYS integrates with Pro/E
2.2.2 三維圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
在Pro/E wildfire 5.0軟件中所建立的三維模型可分為零件模型和裝配圖模型格式,其格式分別為*.prt和*.asm.當建模成功后,點擊集成命令模塊中的“ANSYSGeom”選項,則在Pro/E的信息欄中將出現(xiàn)Begin transfer of Pro/E geomertry to ANSYS—Proessed 1340 of 1344 faces for ANSYS volumes—Geometry trans—ferCompleted-4438ANSYSlines--1590ANSYS areas—1 ANSYS volumes的信息,之后在共用的啟動目錄文件夾中會生成一個格式為.anf的文件,啟動ANSYS 12.0,點擊 File/Read input from,找到剛才生成的*.anf文件并導(dǎo)入,再點擊ANSYS12.0工具欄的Plot/Volumes,則圖形數(shù)據(jù)就順利導(dǎo)入了.如圖6、圖7所示.
圖6 Pro/E裝配體模型Fig.6 Pro/E assembling model
圖7 ANSYS導(dǎo)入裝配體模型Fig.7 ANSYS import assembling model
另外,由于ANSYS 12.0已經(jīng)集成到Pro/E wildfire 5.0之中,所以,ANSYS軟件也可以直接打開共用文件夾(C/Program Files/Users)中保存的Pro/E wildfire 5.0所生成的零件模型.點擊File/Import/Pro/E,找到相應(yīng)文件即可,如圖8、圖9所示.但是,裝配圖形文件必須生成*.anf文件格式才能順利導(dǎo)入.觀察導(dǎo)入圖形發(fā)現(xiàn),在模型傳遞過程中基本沒有丟失元素的現(xiàn)象.因而,此種CAD軟件與CAE軟件的接口達到了無縫鏈接的效果,可以說是比較好地解決了因為圖形數(shù)據(jù)傳輸所引起的元素丟失問題,進而達到無縫連接的目的.而其它的導(dǎo)入方法與早期版本的方法基本相同,雖然也可達到導(dǎo)入的效果,但是這些方法不能做到快速的鏈接,因此,就不一一敘述.
同樣,在安裝UG和ANSYS時,也能做到上述無縫數(shù)據(jù)連接,方法亦大同小異.
圖8 Pro/E齒輪三維零件模型Fig.8 Three dimensional Pro/E gear part model
圖9 ANSYS導(dǎo)入零件模型Fig.9 ANSYS import part model
通過對常用CAD軟件與CAE軟件接口問題的回顧,對CAXA 2009以及Pro/E wildfire 5.0與ANSYS 12.0的圖形數(shù)據(jù)導(dǎo)入問題的深入探討,許多看似復(fù)雜的CAD與CAE軟件之間的圖形數(shù)據(jù)接口問題在仔細研究之后大多都能夠得到相對滿意的解決,為工程設(shè)計及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能分析找到最優(yōu)的解決方案,并且隨著計算機技術(shù)和相關(guān)軟件的研制與開發(fā),未來的CAD軟件與CAE軟件的接口問題會變得更為簡單,操作也會更為便利.
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