基于Hypermesh和ANSYS二次开发的有限元分析

1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol. 31No.09Sep. 2010第31卷第09期2010年09月引言ANSYS 较Hypermesh 在有限元分析前处理中，有两大弱势：（1）采用ANSYS 软件自由网格划分功能划分出的网格质量总是差强人意，如果采用人工控制则耗时耗力，远不及Hypermesh 网格划分的效率和高质量；（2）ANSYS 和Hypermesh 都有强大的几何输入功能，支持多种格式的复杂装配几何模型的读入，如CATIA 、UG 、Pro/E、STEP 、IGES 、DXF 、STL 等格式，但Hypermesh 的数据兼容性比ANSYS 要好。此外，在Hype

2、rmesh 中还可以对几何模型进行修改，这给设计者的设计分析工作带来了一定的方便。正因如此，对于难以在有限元软件中建立模型的复杂机械产品的有限元分析，其前处理和求解工作可分别在Hypermesh 和ANSYS 中进行，以充分利用两大软件的优势，提高分析的精度。此外，对于同类工况的重复性分析，可以利用ANSYS 的二次开发功能，快速开发出满足用户功能需求的菜单、对话框以及专用的分析流程，实现有限元分析的前处理、求解、后处理全过程的封装，从而大大缩短重复计算时间，简化求解过程。1衔接Hypermesh 的ANSYS 二次开发技术ANSYS 二次开发工具可选用VB 、VC 、FOR -TRAN 等高

3、级语言，也可以用ANSYS 自身提供的3种工具：APDL 、UIDL 和UPFs 。本文中，选用UIDL 和APDL 语言。UIDL 语言允许用户根据有限元分析需要设计专有的ANSYS 图形用户界面，如各级菜单、对话框等，并将各级分析菜单集中起来，同时定制分析参数对话框，以便于分析者简化分析流程，提高分析效率。APDL 语言编写的命令流，可以完全代替GUI操纵，实现前后台的参数传递，ANSYS 能够根据APDL 语言进行参数化建模、自动求解等操作，使用方便，特别适合于求解过程的封装及同类工况的重复分析。此外，只需对命令流简单修改，就可实现不同的有限元分析功能。衔接Hypermesh 的ANSY

4、S 二次开发技术，可依据以下步骤：（1）分析模型的结构特点、约束加载方式、连接方式、分析目的和有限元求解类型等。（2）将三维建模软件（UG 、CATIA 等）建立的几何模型，导入到Hypermesh 中去，对其进行几何清理、网格划分、单元材料赋予等前处理工作。基于Hypermesh 和ANSYS 二次开发的桥壳有限元分析武照云1，李丽2(1.河南工业大学机电工程学院，郑州450007；2. 河南职业技术学院，郑州450046摘要：运用UIDL 和APDL 语言对ANSYS 软件进行了二次开发，实现了与Hypermesh 前处理的衔接，以此为基础完成了对桥壳的有限元分析。这种分析方法能够充分利用

5、2个软件的优势，快速开发出满足用户功能需求的菜单和对话框，实现一键式求解，便于普通设计人员使用，同时避免了大量的重复性工作，提高了分析效率，为桥壳及相关产品的分析设计提供了依据。关键词：Hypermesh ；桥壳；二次开发；有限元分析中图分类号：U463.28；TP319文献标志码：A文章编号：10030794（2010）09022503FEA for Axle Housing Based on Hypermesh and Secondary Developmentof ANSYSWU Zhao-yun 1，LI Li 2(1.School of Mechanical &Electrical

6、Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450007, China;2. Henan Vocational and Technical College, Zhengzhou 450046, ChinaAbstract ：The secondary development of ANSYS is processed with UIDL and APDL, which realizes the connection with preprocessor in Hypermesh. Based on them, finite ele

7、ment analysis of axle housing is finished. The analysis method can take advantage of Hypermesh and ANSYS. New menus and dialog boxes are created quickly to meet user need, one-key-operation is carried out, which is easy to use for common designers, and can avoid large amount of repeated analysis wor

8、k with increasing efficiency. It is reference for analysis and design of axle housing and related products.Key words ：Hypermesh; axle housing; secondary development; finite element analysis 225第31卷第09期 （3）为实现与ANSYS 的衔接，在Hypermesh 中将需要耦合、加载、约束的节点集中到指定集合器中，这样便于在二次开发后的ANSYS 中调用相关的宏文件进行自动加载、约束、求解工作，然后导出

9、一个ANSYS 可以识别的命令流文件。（4）利用APDL 语言编写命令流，实现自动加载、自动约束、自动分析等功能。（5）利用UIDL 语言开发ANSYS 的图形界面，创建专用的分析菜单，并利用菜单调用相关的APDL 命令流和自定义帮助文档。（6）在ANSYS 中导入（3）中的命令流文件，并利用专用菜单进行分析求解。2基于Hypermesh 和ANSYS 二次开发的桥壳有限元分析过程待分析桥壳为拖拉机前转向驱动桥桥壳，由于其结构复杂，几何模型难以在有限元软件中建立，因此几何建模是在Pro/E中完成的。由于桥壳上受到的载荷是通过前后摆座来施加的，故分析桥壳时，必须将前摆座、后摆座及连接件考虑成一个

10、整体，所以对该桥壳的有限元分析，其本质就是对装配体（见图1）的有限元分析。图1桥壳模型1. 后摆座2. 连接件3. 桥壳4. 前摆座（1）分析桥壳结构特点、约束加载方式和有限元求解类型。桥壳结构决定了其前、后摆座的上平面为加载面，因此需处理前摆座与桥壳、桥壳与连接件、连接件与后摆座3处的连接模拟问题。分析目的是校核桥壳的静动态特性，即对其进行静力分析和模态分析。（2）在Hypermesh 中进行网格划分。为了提高网格质量，本文采用先划分2D 单元，再以2D 单元为基础生成3D 单元的划分方法，单元类型为solid92。在不降低求解精度的前提下，为了减少单元数目并提高运算速度，在划分中对于关键部

11、位（如螺孔连接处、桥壳两端处）采用46mm的网格尺寸，而其他部位采用1012mm的网格尺寸。此外，为配合ANSYS 二次开发，需将前摆座与桥壳、桥壳与连接件、连接件与后摆座3处的连接模拟耦合节点和前、后摆座上表面的加载节点利用相关命令集中到指定的集合器sets 中（见图2），并导出命令流文件。图2桥壳模型中sets 设置示意图（3）利用APDL 和UIDL 语言编写命令流，创建后台调用文件和专用菜单。根据前面所述，需要建立静态分析和模态分析菜单，并要求在新开发的静态分析菜单模块中能弹出载荷输入窗口，以便用户根据不同工况加载不同的载荷；在模态分析菜单模块中有允许用户输入模态阶数、模态频率范围等参

12、数的对话框，以提高分析的通用性和工作效率。具体内容如下：编写宏文件。根据分析目的、分析部件的不同，用APDL 语言编写宏文件。以下是编写的solve.mac 宏文件：/prep7! 进入前处理模块nsel,none ! 不选择任何节点cmsel,s,force_qianbaizuo!force_qianbaizuo集合器中所有节点被选中f,all,fz,force ! 给选中的所有节点加载Z向力，力大小为force cmsel,s,constr1! 选择constr1集合器cmsel,a,constr2! 选择constr2集合器d,all, , , , , ,all, , , , , ! 将

13、constr1和constr2集合器中所有节点全约束acel,0,0,-9800! 施加重力/solu! 进入求解模块antype,0! 设置求解类型为静力分析solve ! 求解编写用户控制文件。控制文件包括用于建立功能操作的UIFUNC1.GRN 、UIFUNC2.GRN 和用于建立各级菜单的UIMENU.GRN 。控制文件可自动生成新菜单，并可调用UIDL 语言编写的宏文件，实现分析求解的自动化。对UIFUNC.GRN 文件进行修改，可以增加如static analysis 的一级菜单；对UIFUNC2.GRN文件1234226进行修改则可增加如static analysis solve

14、 的二级命令菜单。开发后的新增菜单如图3所示。以下为static analysis solve 命令菜单的定义：:NFnc_static analysis solve /定义函数名:DPlease input the force on every node /定义弹出对话框名称:C*Set,force,18.21e3/force赋初值:C*Set,force_h,9.34e3/force_h赋初值:Hsamplechm /链接自定义的帮助文档Fld_2/用于对话框结构块中，表现为一行独立文字和一个参数输入框Prm_Inputthe force1/定义文字行内容Typ_real/定义输入框参数类

15、型为实数Def_*PAR(force/将force 值定义为数值域的初值Fld_3Cmd_*GET,force,CPAR,1/让参数force 把用户输入的数值域内容从矢量数组中读出来，作为用户输入的参数值Cmd_*GET,force_h,CPAR,2Cmd_solve/调用solve.mac 宏命令:EEND :!图3新增2个模块菜单（4）运行ANSYS ，导入从Hypermesh 中导出的命令流文件，并在ANSYS 运行界面中新建的静力分析和模态分析菜单上点击，相应会弹出载荷大小和模态分析参数输入窗口，用户输入相关参数后，AN -SYS 自动进行加载、连接模拟并求解，即可实现一键式求解。求

16、解后可在定制图形界面中点击查询菜单获得求解结果。3结语（1）提出了一种将几何建模软件、Hypermesh 和ANSYS 三个软件衔接起来，各取所长进行有限元分析的思路。（2）利用ANSYS 的二次开发技术大大简化了分析过程，特别是对同一部件同类工况的重复计算，可有效减少重复劳动，提高工作效率。二次开发的一键式求解菜单可使普通设计人员也能顺利地进行产品有限元分析，并用于指导产品设计。（3）该方法具有一定的实用推广价值。参考文献：1于开平, 周传月, 等. Hypermesh 从入门到精通M . 北京:科学出版社, 2005.2刘相新, 孟宪颐. ANSYS 基础与应用教程M . 北京:科学出版社

17、, 2006.3张明华, 刘强, 袁松梅. 基于ANSYS 二次开发的机床主轴单元分析系统J . 机床与液压, 2008,36(2:11-12,16.4邱向荣, 陈炽坤. ANSYS 二次开发及其在起重机轮叉设计中的应用J . 机械设计与制造, 2006（2）:51-53.5包家汉, 张玉华, 薛家国. 基于ANSYS 的齿轮参数化建模及其应用J . 安徽工业大学学报, 2005, 22(1:35-38.作者简介：武照云（1981-），辽宁铁岭人，河南工业大学讲师，博士，毕业于合肥工业大学机械设计及理论专业，主要研究领域为数字化设计、制造业信息化，电子信箱：wzhaoyun.责任编辑：于淑清收稿日期：201001 24基于Hypermesh 和ANSYS 二次开发的桥壳有限元分析武照云，等1980年12期为第1卷1981年16期为第2卷1982年16期为第3卷1983年16期为第4卷1984年16期为第5卷1985年16期为第6卷1986年16期为第7卷1987年16期为第8卷1988年16期为第9卷1989年112期为第10卷1990年112期为第11卷1991年16期为第12卷1992年16期为第13卷1993年16期为第14卷1994年16期为第15卷1995年16期为第16卷1996年16期为第17卷1997年16期为第18卷19