巧妙轉換Pro/ENGINEER與ANSYS間的模型數據

2017-03-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

本文針對兩大流行cad /cae 軟件pro/enginee 與ANSYS之間模型數據轉換需求整理出了若干種轉換方式。詳細描述了轉換的實現步驟,并對軟件運行當中出現的問題進行評析,提出解決辦法。

ANSYS軟件誕生于上世紀70年代。在有限元分析軟件的發展史上,ANSYS一直作為一個重要成員存在于激烈的市場競爭中,生存下來并不斷發展壯大。目前ANSYS是世界上最有影響的以有限元分析為基礎的CAE軟件之一,廣泛應用于機械制造、水利、石油化工、輕工、航空航天、電子及土木工程等行業的一般工業設計及科學研究。使用ANSYS進行分析必須通過構建三維幾何模型,雖然其本身附帶三維建模模塊,但其建模能力與流行三維造型軟件如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等相比實在太弱。構建分析中需要的復雜的結構和曲面,在ANSYS當中實際很難完成。

Pro/ENGINEER(以下簡稱Pro/E)是美國PTC公司的產品,目前已經發布了Pro/ENGINEERWildfire 3.0版。1985年PTC公司成立于美國波士頓,開始參數化建模軟件的研究。經過10余年的發展,Pro/E已經成為最優秀的三維建模CAD軟件之一。Pro/ENGINEER是一個基于特征的參數化實體造型系統,用戶能迅速方便地利用其建立各種龐大復雜的模型。

隨著計算機技術的不斷發展,利用先進的CAD/CAE工具對機械系統進行研究已經成為一種可行方案。充分利用Pro/ENGINEER和ANSYS這兩個工具在各自領域的優勢,并將其結合起來研究開發復雜機械系統的虛擬樣機是當前國內多數研究群體的首選方案。

一、Pro/ENGINEER向ANSYS進行模型數據轉換的方式介紹及評析

當前CAD/CAE軟件開發的趨勢是專業化分工程度越來越高。雖然Pro/ENGINEER與ANSYS軟件分別都有相應模塊向對方領域滲透,允許用戶在購買足夠模塊的基礎上實現相應操作,但是對于需要使用CAD/CAE集成系統的工程人員來說,只使用單一的Pro/ENGINEER或者ANSYS軟件都很難迅速優質地完成任務。工程人員較好的選擇還是構建兩者的集成系統作為工作平臺。

建立由不同軟件組成的集成系統的關鍵問題就是數據轉換接口的設置(這里主要指從Pro/ENGINEER向ANSYS導入模型數據,使得ANSYS能夠得到準確有效的模型數據便于下一步分析)。本文使用目前流行的版本Pro/ENGINEERWildfire 2.0與ANSYS9.0做分析,總結了三大類方式共4種方案可供實現數據轉換。

1.利用IGES中間標準格式轉換

IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification)是由美國國家標準協會(ANSI)組織波音公司、通用電氣公司等共同商議制定的。它由一系列產品的幾何、繪圖、結構和其他信息組成,可以處理CAD/CAM系統中的大部分信息,亦受到絕大多數CAD/CAM系統的支持。IGES文件格式分為ASCⅡ格式和二進制格式,其中ASCⅡ格式又有固定行長(每行8O個字符)格式和壓縮格式兩種。由Pro/ENGINEER保存的IGES文件格式屬于固定每行80字符的ASCⅡ格式文件。而ANSYS本身內置了IGES轉換過濾器,所以它支持IGES格式文件的導入。但由于轉換過濾程序允許輸入部分模型參數,所以ANSYS有時會把不能識別的特征省略掉,如圖1所示。當Pro/ENGINEER中建立的模型特征過多或結構過于復雜時,使用IGES文件格式輸入到ANSYS后很可能產生模型斷裂、丟失實體等情況,會直接影響模型后續分析的準確性。

圖1ANSYS導入IGES文件時的報告

通過實踐,筆者發現可以在ANSYS的導入IGES文件對話框中作一些選項調整,多試幾次就可得到滿意效果。實踐中對話框中當四個選項分別選取“Defeature model、合并重合的關鍵點、產生實體、刪除小面積”時,就導入效果準確的模型,如圖2所示的兩種不同選項組合模型有很大差異。使用IGES中間標準格式有個缺點:導入模型相當耗費時間,耗費的時間與模型的復雜程度成正比。

圖2 導入IGES選項不同導致輸入的模型差異

2 . 使用A N S Y S — P r o /ENGINEER接口轉換

A N S Y S 軟件安裝選項中包含與P r o / E N G I N E E R 軟件的接口模塊“Connection for Pro/Engineer”。此模塊不僅能將Pro/E模型數據直接轉換給ANSYS,同時還提供了以執行部件為基礎的參數優化設計功能。該功能允許從建立以部件為基礎的參數化Pro/E模型開始,用ANSYS程序對其進行優化,并以一個優化的模型結束,而且建立好的模型仍是以部件為基礎的參數化模型。此模塊能給工程人員在有限元分析過程中考慮采用何種前后處理提供最好的支持。利用軟件自帶接口能夠快速準確地導入數據,因此下面將對此類方案著重進行分析。

ANSYS在默認的狀態下是不能對Pro/E中的prt(或asm)文件進行直接轉換的。必須通過以下過程對ANSYS設進行連接設置以激活模塊。

圖3 ANS_ADMIN 9.0對話框

鼠標點擊“ 開始→ 程序→ANSYS9.0→Utilities→ANS_ADMIN”,出現如圖3所示對話框,選擇“Configuration options →O K ” , 接下來的對話框順序選取“Configuration Connection for

Pro/ENGINEER→ OK”和“ANSYSMultiphysics & WIN32 → OK”。

完成后,A N S Y S會自動提示已在自己的安裝目錄中成功生成了config.anscon文件,在接下來出現的對話框“PRO/ENGINEERInstallation path”選項后輸入P r o / E 的起始安裝路徑如“ E : \proeWildfire 2.0”,“Language used with Pro/Engineer”選項用默認的“usascii”,然后點擊“0K”。出現對話框提示在Pro/E目錄下成功建立了一個protk.dat文件,點擊確定即完成配置。現在打開Pro/E,如果在“工具”菜單的后面出現一個新菜單“ANSYS9.0”(如圖4所示),就表示已經成功建立了接口。

圖4 Pro/E下的ANSYS菜單

接口配置完成后,就可以使用以下兩個方案實現數據轉換:

(1)使用ANSYS直接導入Pro/E模型數據

打開ANSYS,在點擊“File→Import→Pro/E”后出現的對話框中,選擇填入正確的prt文件名,并在“Pro/ENGINEERcommand”欄中填入正確運行pro/ E 的命令如“proe”,然后點“OK”即可完成輸入。此操作要求被打開的prt文件必須在Pro/E的工作目錄中,或者Pro/E與ANSYS有相同的工作目錄,否則會出現找不到anf文件的錯誤。如果前面在“Pro/ENGINEERcommand”欄中填入了錯誤的運行命令,系統會自動出現一個致命錯誤的提示,這時重新輸入正確即可。在某些ANSYS版本中此功能有Bug,當直接導入方案行不通時可以采用本文論述的其他方案。

(2)使用anf文件導入模型數據打開Pro/E后,新建或者打開一個p r t文件(可以不必輸入材料特性),點擊如圖4所示的菜單“ANSYSGeom”, 就會自動啟動ANSYS進行模型轉換。因為要保護數據一致性,所以此種轉換模式完成后不允許用戶在Pro/ENGINEER環境中更改模型,如若需要更改只能在ANSYS中做模型修改,否則必須退出ANSYS才能回到Pro/ENGINEER環境。轉換過程中Pro/ENGINEER會在自身的的工作目錄下生成數個同名的文件,其中一個后綴名為.anf的文件就是可供ANSYS讀取的格式。anf文件是ASCⅡ格式文件,其中記錄了模型的特征數據,是ANSYS導入數據的標準格式之一。只要運行一次直接導入并生成了anf文件,就不需要再同時打開Pro/ENGINEER和ANSYS兩個大型軟件了。通常的做法是運行ANSYS,從菜單“File→Read input from”中選擇該文件,即可完成模型的輸入。

3.在Pro/ENGINEER下選擇ANSYS做求解器輸出轉換文件

圖5 運行有限元分析菜單

對于較簡單零件的分析可以使用Pro/ENGINEER選擇ANSYS做求解器輸出轉換文件的方案。新建或打開一個prt文件后,調用“應用程序”菜單中的Mechanica程序進入有限元FEM模式。此模式下允許輸出以ANSYS為求解器的ans文件,此文件為ANSYS專用的附帶網格信息的模型數據文件,屬于ASCⅡ文件格式,文件中的標題部分指出允許讀入此文件的最低ANSYS版本,如Pro/ENGINEERWildfire 2.0生成的ans文件要求是ANSYS7.1。同使用anf文件一樣,我們可以從ANSYS菜單“File→Read input from”中選擇文件,完成模型的輸入。不同之處在于此時導入的模型是帶有有限元網格的。

生成ans文件的步驟如下:點擊“網格”菜單選擇“創建”,接下來一系列對話框是關于網格的選項,全部采用默認也可創建網格。網格創建完畢之后,“分析”菜單中的“有限元求解”選項即可使用,點擊后出現如圖5所示的運行有限元分析的菜單。在選擇菜單中,選擇求解器為ANSYS以及輸出到文件選項,如圖5所示。點擊“OK”之后Pro/ENGINEER就在工作目錄下建立了與prt文件名相同的ans文件。

二、轉換當中一些值得注意的問題

在利用Pro/ENGINEER與ANSYS構成CAD/CAE集成系統的過程中容易產生一些錯誤,只有多實踐才能根據出錯提示找到正確的解決方式。以下列舉一些常見問題的解決方式:

(1)Pro/ENGINEER與ANSYS必須安裝于同一個操作系統下,ANSYS為了完成與Pro/ENGINEER的連接需要指定Pro/ENGINEER的安裝路徑,所以安裝的順序必須是先裝Pro/ENGINEER再裝ANSYS,最后設置連接過程。

(2)Pro/ENGINEER與ANSYS都有許多版本,Pro/ENGINEER中生成的文件能夠順利被ANSYS讀取的條件是安裝的ANSYS版本發布時間要在Pro/ENGINEER版本之后。表1中列舉了常用Pro/ENGINEER與ANSYS版本的發布時間以供參照。

表1 Pro/E與ANSYS版本發布時間對照

(3)重要交換文件(如i g s、anf、ans文件)必須建立在不帶有特殊字符和空格的文件夾中,否則ANSYS讀取文件的時候會出現明明文件存在,但卻因為找不到文件而終止讀取的錯誤。較好的解決方法就是為每一個項目專門建立一個只含有字母、數字、下劃線的文件夾,工作時把Pro/ENGINEER與ANSYS的工作目錄都設置在這個文件夾中。既避免出錯,又比較容易管理產生的數據文件。

(4)導入文件后有可能出現不能正確顯示模型的情況,此時可以觀察ANSYS的模型顯示區域左下角,當出現模型文件名時就說明其實已經導入成功了。點擊“QSave”圖標之后再點擊“RESUM_DB”按鈕重載一次數據庫,模型就可正常顯示。

三、結論

本文通過對pro /engineer Wildfire 2.0與ANSYS9.0兩大流行CAD/CAE軟件的研究,解決了實際工程應用中CAD/CAE系統集成的接口問題。對由Pro/ENGINEER向ANSYS轉換數據提供了幾種解決方案及實現步驟,并對常見的問題予以評析。這樣,通過Pro/ENGINEER強大的建模功能所建立的模型,就能夠直接轉入ANSYS系統進行各種分析,為廣大工程設計開發人員建立一個良好的集成開發環境鋪平道路。

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