Pro_E_ADAMS和ANSYS之间数据交换方法

1、2010年 3月 第 38卷 第 6期机床与液压MACH I NE TOOL &HYDRAULI CSM ar 2010V ol 38N o 6DO I :10. 3969/j issn 1001-3881 2010 06 038收稿日期 :2009-03-16Pro /E、 ADA M S 和 ANSYS 之间数据交换方法张朋 , 欧阳林子(兰州理工大学机电工程学院 , 甘肃兰州 730050摘要 :论述三维设计软件 P ro /E、机械系统动力学仿真软件 ADAM S 、通用有限元分析软件 AN S Y S 各自的特点 , 提出在 机械系统设计中联合 应用三者优点的方法 , 阐述三

2、者之间具体的数据交换方 法与步骤。并 通过曲柄摇 杆机构 , 证明 三者之 间的联合应用是可行 的。关键词 :P ro /E; ADAM S ; ANSY S ; 联合仿真 ; 数据交换中图分类号 :T P391 文献标 识码 :B 文章编号 :1001-3881(2010 6-110-3The InteractiveM ethods of P ro/E data , ADA M S data and ANS YS dataZ HANG Peng , OUYANG Linzi(Schoo l ofM echanical&E lectr on icalEng i n eering , L

3、anzhou Uni v ersity ofTec hno l o gy , La nzhou Gansu 730050, Ch i n aAbstrac t :T he characters of P ro /Eas a 3 di m ens i on m ode li ng so ft wa re , ADAM S as a dynam ic s i m u l ation &analysis soft w are , AN S Y S as a fi n ite ele m ent ana l y si s soft w are w ere introduced . A m et

4、hod comb i n i ng t he advan tages o f the t hree so ft wares w as presented in m echan ical syste m desi gn . The m ethods and steps o f data ex change a m ong the m w ere e l aborated . T he m e t hod was approv ed feasi b l e through crank rocker m echanis m .K eyword s :P ro /E; ADAM S ; ANSY S

5、; U n ited si m ulation ; D ata exchange随着计算机辅助工程 (CAE 技术的不断发展 , 为解决实际工程分析提供了一个理想平台。然而 , 作 为工具的各类 CAE 软件 , 在应用中 , 工程人员对机 构实际工况的简化 , 往往使最后的分析结果与实际相 差甚远 , 如果能把不同专业软件结合起来 , 取各自优 点对机构进行分析 , 将使分析结果可信度提高 , 同时 提高分析效率。通常情况下 , 做运动分析时不考虑建 模机构的弹性变形。实际上 , 机构在运行过程中都会 有弹性变形 , 同时构件之间也有着复杂的力的相互作 用。因此要更真实地模拟机构的动态性能

6、, 必须将构 件作为弹性体进行分析。作者针对 P r o /E、 ADA M S 、 ANSYS 在机械设计中联合应用时的数据交换方法展 开论述。1 Pro /E、 ADAM S 和 ANSYS 软件介绍1 1 Pro /E软件简介Pro /ENGI NEER 是美国 PTC 公司推出的工程设计 软件 , 广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽 车、航空航天等行业 , 是工程设计软件系列的旗舰产 品。它提供了高效的零件设计、产品装配、模具开 发、 NC 加工、钣金设计、产品数据管理等功能。同 时该软件也可进行动力学仿真、系统干涉分析以及有 限元分析 , 但是有限元分析较之专业的软件 , 其分

7、析 结果还是有一定的误差。1 2 ADAM S 软件简介ADAM S (Auto matic D yna m ic A nalysis o f M echani cal Syste m s 软件是美国 M D I 开发的目前最权威的机 械系统运动学与动力学仿真计算的商用软件 , 分析对 象主要是多刚体。通过在计算机上创建虚拟样机来模 拟复杂机械系统的整个运动过程 , 从而达到改进设计 质量、节约成本、节省时间的目的。1 3 ANSYS 软件简介ANSY S 软件是当今最著名的有限元分析软件 , 其强大的分析功能已为全球工业界所广泛接受 , 成为 拥有最大用户群的 CAE 软件供应商。其特点如

8、:多 场及多场耦合分析、多物理场优化、统一数据库及并 行计算等等都代表着 CAE 软件的发展潮流。 2 三软件的数据交换2 1 Pro /E与 ADAM S 之间的数据交换P r o /E软件的 P r o /Mechanis m 模块与 ADAM S 之间 的转化 , 是通过 M SI 公司开发的接口软件 M EC H /Pro来实现的。在 Pro /M echan i s m 模块下完成的装配体即 带有运动副的装配体 , 通过接口软件传送到 ADAM S 软件中进行动力学仿真分析。这个过程的一般步骤如 下 :(1 应用 Pro /E中创建的零件 , 将其按照实际 情况选择连接类型装配成机构

9、。(2 对于相对复杂的机构在 P r o /Mechanis m 模块 下进行干涉检验。(3 在接口软件 MECH /Pro下对装配机构进行 ADAM S 软件可以识别的运动副的创建。(4 通过接口软件 M ECH /Pr o 对机构施加驱动 和载荷。(5 把定义好的机构通过接口导入到 ADA M S , 然后对其进行动力学仿真分析。完成步骤 (2 后也可以直接把机构导入 ADA M S 中 , 而步骤 (3 、 (4 可以在 ADAM S 环境中完成。 笔者认为对于一些相对复杂的机构其运动副的定义、 驱动以及载荷的施加在 ADA M S 环境下完成会使传送 数据减少不必要的错误。2 2 Pr

10、o /E与 ANSYS 之间的数据交换二者的数据交换方法有两种 , 一种是把在 P r o /E中设计完成的三维模型保存成 AN S Y S 能识别的 I GES 格式的文件 , 然后再由 ANSY S 读入模型 ; 第二种方 法是通过路径的方式让两个软件真正地实现无缝连 接。第一种方法对于一些复杂的模型在传输过程中会 有一些数据丢失 , 在读入 AN S Y S 后需要必要的模型 检查和拓扑修复 , 这就给分析工作带来了很多的不 便 , 现在普遍使用的是第二种方法 , 这种方法的具体 步骤在文献 1中有详细的叙述 , 具体为 :(1 先安装好 AN SYS10 0和 Pro /E,这里要注

11、意所安装的 P ro/E软件的版本要低于 AN S Y S 的版本。 (2 点击 开始 ! 程序 ! ANSY S10 0! U t ilit i es! AN S AD M I N , 在出现 的界面里 选中 Configuration O pti ons 选项 , 点击 OK 。(3 在出现的对话框中选中 Confi gure Connection Pro /E选项 , 点击 OK 。(4 在第一个下拉菜单选中 AN S Y S M u lti physi cs 选项 , 在第二个下拉菜单选中 W I N32选项 , 然后点 击 OK 按钮。(5 在第一个空白框中输入所安装的 P r o

12、/E的 路径 , 然后点击 OK 按钮就完成了。连接成功后 , 启动 P r o /E时 , 在对话框的菜单栏 就出现了 ANSYS10 0选项 , 这样对于已经设计完成 的构件在不退出 Pro /E的情况下 , 通过 ANSYS10 0选项下的 AN S Y SG eo m 直接把模型导入 ANSY S 中 , 对 于复杂的零件也不会出现数据的丢失 , 真正实现了两 个软件的无缝连接。2 3 ADAM S 与 ANSYS 之间的数据交换在 ADAM S 中 , 有三种建立柔性体的方法 2, 第 一种方法是利用 ADAM S 中的柔性梁连接 , 将一个构 件离散成许多段刚性构件 , 该方法只可

13、以应用在一些 简单的构件上 , 另外其离散后的构件仍为刚体 , 还不 将构件离散成细小的网格 , 利用 ada ms , m ac 宏命令 可以很方便地输出 ADA M S 软件所需要的模态中性文 件 mn, f 此文件包含了 ADA M S 中柔性体的所有信息 , 在 ADA M S 软件中直接读入此文件即可看到柔性体部 件的模型 ; 第三种方法是利 用 ADAM S /Auto F lex 模 块 , 直接在 ADAM S /Vie w 中建立柔性 mnf 文件。这里 采用的是第二种方法 , 结合两个专业软件的各自优点 共同完成分析工作 , 两者的数据交换的步骤为 :(1 在 ANSY S

14、 中对零件进行网格划分 , 建立刚 性区 , 然后通过 M ai n M e nu ! Solut i on ! ADAM S Con nection ! Export to ADA M S , 选择刚性连接点 , 输出 m nf 文件。(2 进入 ADAM S 软件 , 在已经通过 M EC H /Pro软件把机构导入 ADA M S 的情况下 , 选择 U tility M e nu ! Build ! F lexible Bodies ! ADA M S/Fle , 读入柔性构 件 , 对原机构上的对应构件进行替换或者覆盖 , 建立 柔性体与连接刚形体的约束关系。(3 在 ADAM S

15、中对机构进行仿真分析。(4 分析完成 , 选择 U tilityM enu ! F ile ! Export , 选择 FEA Loads 命令输出 lod 文件。(5 再次进入 ANSY S , 调出第一步离散后的模 型 , 选择 M a i n M enu ! Solut i on ! ADAM S connection ! I m port fr o m ADA M S , 读入第四步生成的 lod 文件 , 此 文件包含了机构仿真分析后刚性连接区的力谱 , 以此 作为 AN SYS 分析中该构件的边界条件。三种软件数据交换流程图如图 1所示。图 1 三软件联 合仿真分析数据交换结构图3

16、 实例分析以一个简单的连杆机构为例 , 进行三种软件的联 合仿真应用。1 在 , S Y S , 划 111第 6期 张朋 等 :P ro /E、 ADAM S 和 ANSYS 之 间数据交换方法 图 2 连杆有限元模型分网 格 , 此处 选择的 单 元 类 型 为 soli d45、 bea m 4。采用自由网格 划分 方式 , 连 杆两端 连接处 , 创建节点 800和 801以和孔壁建立 刚性区 , 共生成 2539个单元、 736个节点 , 如图 2所示。(2 选择节点 800和节点 801作为刚性区连接 点 , 生成 m nf 文件 , 并保存。图 3 Pro /E中完成的装配图(3

17、 根据 P ro/E中创 建的零件 , 组装成带有连 接关系的机构 , 如图 3所 示。(4 通 过 接 口 软 件 M ECH /Pro, 把 P r o /E中定 义好 的 机构 导 入 ADA M S中 , 然后读入第一步生成 的 mnf 文件 , 替换或者覆盖机构中的相应构件 , 此处选择的是用柔性杆件覆盖 原杆件 , 同时定义其与其他构件之间的运动副 , 对主 动杆施加驱动。图 4 ADAM S 中完成 的仿真 运动图 (5 运动仿真 , 时间 定义 为 15s , 分 50步 完 成 , 替代后的柔性连杆在 仿真过程中时刻都能反映 出应力的变化情况 , 仿真 结束后柔性杆应力变化情

18、况 , 如图 4所示。(6 完成仿真 , 得出节点 800和节点 801的力谱 如图 5、 6 所示。图 5 节点 800 的力谱 (7 由仿真结果 , 生成 l od 文件 , 把此文件读入 ANSYS 中 , 此处选择的是仿真的第二步两节点的受力 , 作为连杆的边界条件 , 完成实际分析如图 7所示。图 7 连杆有限元应力图(8 根据最后的分析结论 , 看是否满足设计要 求 , 如果不合适 , 返回 P r o /E的零件图进行适当的修 改再做分析。4 结论三维设计软件 Pro /E、机械动力学仿真分析软件 ADAM S 、通用有限元分析软件 ANSYS, 取三者之所 长 , 联合应用于机械设计、产品开发、工程校验等过 程中 , 作者介绍三者之间的数据交换方法 , 并通过实 例验证了其可行性。可提高工作效率和分析精度 , 也 可为企业缩短产品开发时间、节约开发成本