ANSYS与Pro /E间连接方法分析

　　0 引言

　　Pro/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; ③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， 动画模拟等多种数据输出形式。此外时间历程分析功能可以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。

　　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、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， 不仅提供的单元数量少， 网格划分能力弱， 只能实现简单的静力学分析， 而且求解的结果处理也十分烦琐。可见Pro/E的强项是在CAD 和CAID 模块而不在CAE 模块。

　　3 将Pro /E 模型导入ANSYS 中的传统方法

　　随着科学技术的不断发展， 利用先进的CAD 与CAE工具对复杂机械结构进行研究已经成为一种趋势， 而此时CAD 与CAE 软件间的数据转换就是首先要研究的问题。下面简要介绍将Pro/E 模型导入到ANSYS 中的几种方法。

　　3.1 通过中间数据格式.IGES 进行转换

　　IGES ( 初等图形交换规范) ， 是一种普遍接受的中间标准格式， 用来在不同的CAD 和CAE 系统之间进行数据转换。在Pro/E 中将建立的PRT 文件另存为IGES文件， ANSYS 本身内置了IGES 转换过滤器， 所以它支持IGES 格式文件的输入。ANSYS 对于输入的IGES 文件提供No defeaturing 和Defeaturemodel 选项：

　　( 1) 当选择No defeaturing 选项时， 不能用增强的拓扑和几何修改工具， 必须使用标准的PREP7 几何工具来进行修补。使用这个方法将建好的模型导入到ANSYS中， 导入生成体失败， 最后以面的形式导入。由于这个方法同样也只能用目视检查模型来找问题， 所以对复杂结构的模型也不推荐使用此方法。

　　( 2) 当选择Defeature model 选项时， 对于一些模型， 转换过程只需简单的几步， 即选择要输入的IGES文件， 设置一些选项， 进行转换以后就可以对模型进行网格划分了， 但是许多模型并不能完全地输入或可能还需要一些手工修改， 以便生成容易进行网格划分的体。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。

　　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Pro/E 版本的时间晚。具体配置过程如下： ①先安装好ANSYS9.0 和Pro/E Wildfire 2.0; ②再点击的“开始- >程序- >ansys9.0- >Utilities - >ANS- ADMIN” 在出现的界面里， 选中Configuration options 选项， 点击OK 按钮; ③在出现的对话框中选中Configure Connection Pro/E 选项， 点击OK 按钮; ④在第一个下拉菜单选中ANSYSMultiphysics选项， 在第二个下拉菜单选中WIN32 选项， 然后点击OK 按钮; ⑤在第一个空白框中输入你所安装的Pro/E 的路径， 然后点击OK 按钮就完成了。

　　连接成功后， 我们启动Pro/E Wildfire 2.0， 在菜单栏项就可以发现多了一个菜单。下面包括ANSConConfig和ANSYSGeom 两个子菜单， 其中ANSYSGeom 项就可以把Pro/E 中的模型直接传送到ANSYS 中。就算是再复杂的机械设计造型和曲面也不会丢失任何的特征和元素， 从而实现了ANSYS 和Pro/E 的无缝连接。真正可以发挥两个软件的优势， 从而方便了机械设计人员。

　　5 传统方法与无缝连接方法的实例比较

　　5.1 实例1： 同一零件分析结果的偏差

　　问题描述： 对一个带轮(Graph2、Graph3) 的机械零件进行有限元分析， 有关此轮的机械和运动参数如下：密度： 7.8×103kg/m3; 弹性模量： E=200GPa; 泊松比：v=0.3; 转速： 1000r /s。

　　根据图的结构， 该图可以分为六个部分， 所以在分析时只需要分析一个部分即可。分析时需注意的是为了提高计算精度， 划分网格时应将自由网格划分和映射网格划分两种方法互相结合， 在加载时需要注意添加对称约束才能反映整个轮子的情况， 详见图1。

　　图中可以看到在Pro/E 中建立实体模型然后选用专业接口导入ANSYS 中分析后结果和实际符合。图中可以看到利用igs 中间文件导入后分析结果和实际有偏差。

　　5.2 实例2： 同一零件导入特征丢失

　　从Graph4 中可以看到在Pro/E 中建立液浮积分陀螺仪实体模型然后选用专业接口导入ANSYS 中， 特征不丢失。而利用igs 中间文件导入ANSYS 中实体特征丢失， 只剩下点和线了。

　　6 结论

　　通过正确的ANSYS 和Pro/E 接口的配置方法， 真正实现了这两个在CAE 和CAD 行业具有代表性的软件传统方法无法解决的无缝连接问题， 从而实现了用Pro /E软件实现零件的结构设计， 然后用ANSYS 软件对零件进行有限元分析， 如果发生问题可以返回Pro/E 中进行反复修改， 直至完成对产品的优化设计。该连接方法不仅大大缩短了设计时间而且减少了很多计算机资源的浪费， 对现代化的设计方法具有现实的重要意义。而且通过实践证明这种连接方法是最好的连接方法， 在现实中也得到了令人满意的效果， 从而为有限元分析人员提供了参考和借鉴。

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