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第１９卷第６期 ２００６年１１月 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 机电产品开簋与名－）新 ＶＯＩ．１９．ＮＯ．６ ＮＯＶ．．２００６ 基于ＡＮＳＹＳ与Ｐｒｏ／Ｅ间连接方法的应用研究 项定祥，王跃钢，韩心中 （第二炮兵工程学院，陕西西安７１００２５） 摘 要：简要总结介绍了传统地将Ｐｒｏ／Ｅ模型导入到ＡＮＳＹＳ中几种不同方法，通过具体研究，找到了 一种实现两专业软件之间无缝连接的新方法，并通过实例对新方法和传统方法进行了比较，证 实了它的优效性，从而为有限元分析人员提供了参考和借鉴。 关键词：实体建模；有限元；无缝连接；特征丢失 中图分类号：ＴＨ１２；ＴＰ３９１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６６７３（２００６）０６—０８１—０３ ０ 引言 Ｐｍ／Ｅ是专业ＣＡＤ软件，ＡＮＳＹＳ是ＣＡＥ软件，由 于每个软件都有各自的优缺点，单独依靠一种软件不能 很好的完成设计任务。虽然不同软件之间可以通过中间 对载荷叠加进行分析计算；④良好的开放性：ＡＮＳＹＳ的 二次开发语言（ＡＰＤＬ）给了用户一个开放的环境，允许 用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，才能从根本 上满足用户的需求。这个开放的环境允许用户自定义单 元特性，用户自定义材料结构，用户自定义流场边界条 数据文件进行数据共享，但是如果不通过专用接口进行 连接，不仅丢失特征而且分析结果也有所偏差，因此将 Ｐｒｏ／Ｅ（通过Ｐｒｏ／Ｅ可以快速方便地建立各种庞大复杂 的模型）和有限元分析软件ＡＮＳＹＳ（建模能力比较弱） 这两种工具结合起来，扬长避短，避免了重复劳动，充 件，用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等。 同时，相比其它专业的ＣＡＤ软件而言，ＡＮＳＹＳ的 几何建模功能相对较弱，如果我们利用ＡＮＳＹＳ提供的建 模方法，无论是自底向上的的建模方式还是通过调用几 何元素和采用布尔运算而生成几何模型的自顶向下建模 方式，对于建立一个复杂的模型来说，那将是一个极其 烦琐的过程，有时甚至会将８０％的时间用于几何建模 上，这将使设计人员不能够把主要精力放在产品的优化 上，大大浪费了设计人员的时间。 分发挥两种软件的优势，是研究开发复杂机械结构的首 选方案。 １ ＡＮＳＹＳ软件在机械设计应用中的特点 ＡＮＳＹＳ软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分 析于一体的大型通用有限元分析软件，它具有与Ｐｒｏ／Ｅ， Ｉ－ＤＥＡＳ，ＡｕｔｏＣＡＤ等大多数ＣＡＤ软件的数据接口，实 ２ Ｐｒｏ／Ｅ在机械设计中的应用 Ｐｒｏ／Ｅ软件包的产品开发环境支持并行工作，它通 过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他 功能。Ｐｒｏ／Ｅ能够让多个部门同时致力于单一的产品模 型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、 现了数据共享和交换。具有如下特点：①强大的网格划 分功能：在进行网格划分时，ＡＮＳＹＳ主要有拖拉生成 网格，层网格划分，局部细化等方法；②强大的加载求 解能力：在ＡＮＳＹＳ中，包括位移、力、温度在内的任 数据管理等。其中Ｐｒｏ／ＥＷｉｌｄｆｉｒｅ更增加了行为建模技术 使其成为把梦想变为现实的杰出工具。 Ｐｒｏ／Ｅ中的机械设计模块是一个高效的三维机械设 何载荷均可以直接施加在任意几何实体或者有限实体 上，载荷可以是具体数值，也可以是与时间或者坐标有 关的任意函数。而且求解时有多种求解器可供选择；⑧ 强大的后处理能力：利用ＡＮＳＹＳ可以获得任何节点， 单元的数据。这些数据具有列表输出，图形显示，动画 计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。随着人们生活 水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。Ｐｒｏ／Ｅ 生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、 点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此Ｐｒｏ／Ｅ可以迅 模拟等多种数据输出形式。此外时间历程分析功能可以 收稿日期：２００６—０９—２３ 速建立任何复杂曲面。虽然Ｐｒｏ／Ｅ软件包也包括了功能 仿真（ＣＡＥ）模块，它的主要作用是进行有限元分析，但 是它提供的功能和一些专业有限元软件相比，不仅提供 作者简介：项定祥（１９８２－），男，湖北黄冈人，在读硕士研究 生。研究方向：检测技术与自动化装置。 ８１ 维普资讯 http://www.cqvip.com
・制造业信息化・ 的单元数量少，网格划分能力弱，只能实现简单的静力 ｌ 序一＞ａｎｓｙｓ９．０－＞Ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ一＞ＡＮＳ—ＡＤＭＩＮ”在出现的界面 学分析，而且求解的结果处理也十分烦琐。可见Ｐｍ／Ｅ ｌ 里，选中Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｐｔｉｏｎｓ选项，点击ＯＫ按钮；⑧在 的强项是在ＣＡＤ和ＣＡＩＤ模块而不在ＣＡＥ模块。 ： 出现的对话框中选中Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｏ／Ｅ选项，点 ３将Ｐｒｏ／Ｅ模型导入ＡＮＳＹＳ中的传统方法ｌ 选项，在第二个下拉菜单选中 Ｉ ＩＩ 击ＯＫ按钮；④在第一个下拉菜单选中ＡＮＳＹＳＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｅｓ Ｎ３２选项，然后点击 ｏ／Ｅ的 随着科学技术的不断发展，利用先进的ＣＡＤ与ＣＡ￣ ‘ ＯＫ按钮；⑤在第一个空白框中输入你所安装的Ｐｒ 工具对复杂机械结构进行研究已经成为一种趋势，而此时 Ｉ 路径，然后点击ＯＫ按钮就完成了。连接成功后，我们启动Ｐｒ０／Ｅ Ｗｉ１曲ｒｅ ２．０，在菜单 ＣＡＤ与ＣＡＥ软件间的数据转换就是首先要研究的问题。 Ｉ ３．１ 通过中间数据格式．１ＧＥＳ进行转换 ｉｇ 下面简要介绍将Ｐｒｏ／Ｅ模型导人到ＡＮＳＹＳ中的几种方法。 ｌ 栏项就可以发现多了一个菜单。下面包括ＡＮＳＣｏｎＣｏｎｆ一 和ＡＮＳＹＳＧｅｏｍ两个子菜单，其中ＡＮＳＹＳＧｅｏｍ项就可 ＩＧＥＳ（初等图形交换规范），是一种普遍接受的中 Ｉ 以把Ｐｍ／Ｅ中的模型直接传送到ＡＮＳＹＳ中。就算是再 间标准格式，用来在不同的ＣＡＤ和ＣＡＥ系统之间进行 Ｊ 复杂的机械设计造型和曲面也不会丢失任何的特征和元 ｏ／Ｅ的无缝连接。真正可以 数据转换。在Ｐｒ０／Ｅ中将建立的ＰＲＴ文件另存为ＩＧＥＳ ： 素，从而实现了ＡＮＳＹＳ和Ｐｒ 文件，ＡＮＳＹＳ本身内置了ＩＧＥＳ转换过滤器，所以它支 ｌ 发挥两个软件的优势，从而方便了机械设计人员。持ＩＧＥＳ格式文件的输入。ＡＮＳＹＳ对于输入的ＩＧＥＳ文 Ｊ 件提供Ｎｏ ｄｅｆｅａｔｕｒｉｎｇ和Ｄｅｆｅａｔｕｒｅｍｏｄｅｌ选项： Ｉ ５传统方法与无缝连接方法的实例比较 １ 实例１：同一零件分析结果的偏差 （１）当选择Ｎｏ ｄｅｆｅａｔｕｒｉｎｇ选项时，不能用增强的 一 ５．拓扑和几何修改工具，必须使用标准的ＰＲＥＰ７几何工具 ｛ 中，导人生成体失败，最后以面的形式导入。由于这个结构的模型也不推荐使用此方法。 问题描述：对一个带轮（Ｇｒａｐｈ２、Ｇｒａｐｈ３）的机械零 来进行修补。使用这个方法将建好的模型导入到ＡＮＳＹＳ ｌ 件进行有限元分析，有关此轮的机械和运动参数如下：８ｘｌ０ ｋｇ／ｍ ；弹性模量：Ｅ＝２００ＧＰａ；泊松比： １ 密度：７．方法同样也只能用目视检查模型来找问题，所以对复杂 ｒ ｖ＝０．３；转速：１０００ｒ／ｓ。 ｌ 根据图的结构，该图可以分为六个部分，所以在分 （２）当选择Ｄｅｆｅａｔｕｒｅ ｍｏｄｅｌ选项时，对于一些模 Ｉ 析时只需要分析一个部分即可。分析时需注意的是为了 型，转换过程只需简单的几步，即选择要输入的ＩＧＥＳ Ｊ 提高计算精度，划分网格时应将自由网格划分和映射网 文件，设置一些选项，进行转换以后就可以对模型进行 格划分两种方法互相结合，在加载时需要注意添加对称 ：图中可以看到在Ｐｒｏ／Ｅ中建立实体模型然后选用专 网格划分了，但是许多模型并不能完全地输入或可能还 Ｉ 约束才能反映整个轮子的情况，详见图１。需要一些手工修改，以便生成容易进行网格划分的体。 ｆ 这种情况是不可避免的，因为众多的ＣＡＤ程序对ＩＧＥＳ 标准有不同的解释。 业接口导入ＡＮＳＹＳ中分析后结果和实际符合。图中可 ３＿２通过中间数据格式．ＡＮＳ进行转换 ．ＡＮＳ文件是在Ｐｒｏ／Ｅ的ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ模块中对模 型进行前处理后生成的文件，此文件可以与ＡＮＳＹＳ软件 相连接。在Ｐｒｏ／Ｅ的ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ模块中，可以直接对 模型进行有限元的前处理。由于划分网格后可以直接在 ＦＥＭ模块里进行检测，判断坏单元是否出现，然后进行 及时的几何修改，从而降低由于网格划分不合理而出现 的计算误差。但是在Ｐｒｏ／Ｅ的ＭＥＣＨＡＮＩＣＡ模块中网格 划分的质量与ＡＮＳＹＳ相比质量不高，一般不推荐使用。 ４ ＡＮＳＹＳ和Ｐｒｏ／Ｅ间无缝连接的方法 下面就以ＡＮＳＹＳ ９．０和Ｐｒｏ／Ｅ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ２．０为例介 绍如何正确的进行接口配置，值得注意的是要注意 ＡＮＳＹＳ和Ｐｒｏ／Ｅ的版本，ＡＮＳＹＳ的版本的时间一定要 比Ｐｒ０／Ｅ版本的时间晚。具体配置过程如下： 先安装好 ＡＮＳＹＳ９．０和Ｐｒ０／Ｅ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ２．０；②再点击的“开始一＞程 ８２ 维普资讯 http://www.cqvip.com
・制造业信息化・ 软件实现零件的结构设计，然后用ＡＮＳＹＳ软件对零件 ｌ 参考文献： 进行有限元分析，如果发生问题可以返回Ｐｒｏ／Ｅ中进行 ｌ 【１］宋勇，艾宴清，梁波．精通ＡＮＳＹＳ ７．０有限元分析【Ｍ］．清华大学出 反复修改，直至完成对产品的优化设计。该连接方法不 ： 版社，２００３． 仅大大缩短了设计时间而且减少了很多计算机资源的浪 ｌ 【２］王勖成－有限单元法基本原理和数值方法（第２版）【Ｍ］．清华大学 费，对现代化的设计方法具有现实的重要意义。而且通 ｌ 出版社， ・ 芒耋 挚 是 好 兰接方 ，在现毒 利，＇￣水．Ａ电ｎｓｙ出ｓ版９．社０，经典产品基础教程与实例详解 北 ２００６．，也得到了令人满意的效果，从而为有限元分析人员提供 ｌ 【４］ 俊．Ｐｒｏ／Ｅ中‘文 教程【Ｍ］清华大学出版社２００３． 了参考和借：鉴。 ！ ［５】钟万登．液浮惯性器［Ｍ】一Ｅ京：宇航出版社，１９９４． Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｂｅｔｗｅｅｎ ＡＮＳＹＳ ａｎｄ Ｐｒｏ／Ｅ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｉｍｐｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎ＆ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｐｒｏ／Ｅ ｍｏｄｅｌｓ ｔＯ ｔｈｅ ｓｏｆｔ￣ｖａｒｅ ＡＮＳＹＳ，ａ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ４后台管理系统设计 ， ，Ｉ 操作权 具有界面友好苎管 ：：ｗ＝ ｉ ： 要 １． ５结束语 操作简单的特点。能够对数据进行读ｌ 一…一 厂 ｒ＿＿ ｌ 点。该系统以ＩＣ卡作为传输媒体，进行数据的双向传送， ｌ 而后台管理系统用ＰＣ作数据管理，可对数据进行分析、 —． 二二二． ． ０国 圉图罔 ｌ盖 ………… …出 ： 【Ｉ２］李华．ＭＣＳ一５１系统单片机实用接口技术【Ｍ］．北京：北京航空大学 网 困 蝴社ｌ，２００４． ［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３． 言 ’ ・ 图４后台数据管理系统总体结构框图 【ｌ５］金春林，邱慧芳，张皆喜．ＡＶＲ系列单片机Ｃ语言编程与应用实例 Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ Ｉ￣ｅｋ－ｇｒｏｕｎａ ｄ—ａ—ｔａ ｍａｎａｇ￣ｓｙｓｔｅｍ： Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｔｒａｍｃａｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＴｍｅｇａ１６Ｌ ＡＴＭＥＬ．Ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃａｎ ａｃｑｕｉｒｅ，ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｏｍｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄａｔａ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｅ，ｌｏａｄ ｃａｐａｃｉｔｙ， ｓｐｅｅｄ，ａｎｄ ｍｉｌｅａｇｅｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｃａｎ ｓａｖｅ ｔｈｅｓｅ ｄａｔａ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ２４Ｃ０４ ｍｅｍｏｒｙ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ＩＣ ｃａｒｄ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＩＣ ｃａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋ－ｇｒｏｕｎｄ ｄａｔａ ｍａｎａｇｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｅ ｃａｎ ｓｕｐｅｒｖｉｓｅ ａｎｄ ｍａｎａｇｅ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｔｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｅｈｉｃｌｅ． 中国机械工业联合会主管、主办： 《机电产品开崖与 垂斤》砻圭 （双月刊） 邮发代号：８２—４０１ 全年订价：５８．８０元 ８３
