基于CAD软件的ANSYS实体建模

1、基于CAD软件的ANSYS实体建模任晓莉,李力,廖湘辉(三峡大学,湖北宜昌443002)ModelinginANSYSSoftwareBasedonCADSoftwareEntityRENXiaoli,LILi,LIAOXianghui(ThreeGorgesUniversity,Yichang443002,China)摘要:ANSYS软件建模功能不如专门的CAD软件强大,特别是对于形状复杂的模型不适合在ANSYS中建模;同时将CAD系统中三维模型输入到ANSYS系统中容易造成图元丢失及模型不适于网格划分等情况,针对这种情况提出了CAD系统建模与ANSYS建模相结合的方法来完成实体模型的建立,

2、并介绍CAD系统与ANSYS之间数据传送的方法及ANSYS建模。关键词:CAD;实体建模;ANSYS;中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号10Abstract:functionofCADisstrongerthan,especiallyincomplexentitymodeling.Moreoverwhenthe3DmodelbyCADistranslatedintothemodelofANSYS,somegraphicselementsareoftenlostandthetranslatedmodelisunsuitabletowelldividingmesh.Sothepaperpr

3、oposesamodelmethodofcombiningCADandANSYStosolveaboveproblemsandintroducethedatetransmissionbetweenCADandANSYSintheentitymodeling.Keywords:CAD;entitymodeling;ANSYS对ANSYS分析而言,建模是关键的一步,建模的好坏直接影响到网格的划分及结果数据的精确性。传统的建模方法可分为2种:直接建模和实体建模。直接建模方法就是在建模时直接定义每个节点的位置以及每个单元的大小、形状和连通性来创建模型。,可以方便。但有限元软件的建模功能不如专门的CAD

4、软件强,所以对于不规则三维实体及大而复杂的结构,譬如联体异形网壳、斜齿轮等采用在CAD系统实体建模的方法会更为实用、方便、精确和快捷1。特别对于熟悉CAD系统(如Pro/e,solidedge,solidwork等软件)的工程技术人员来说,在CAD系统中建模更为方便,也避免了重复建模。但从CAD系统中输入三维模型到ANSYS系统中容易造成图元丢失及模型不适于网格划分等情况,这就需要大量的修补工作2。本文针对这种情况提出了CAD系统建模与ANSYS建模相结合的方法,二者优势互补,避免了一些不必要的工作,从而提高了建模速度。1CAD实体建模0引言ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁和声学于一体的

5、大型通用有限元分析软件,广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、电子和水利等一般工业及科学研究,日益受到工程技术人员的关注。收稿日期:20040820限于篇幅原因,这里以Pro/e为例。Pro/engineer是美国PTC公司开发的大型CAD/CAE/CAM软件,它具有强大的建模功能,尤其是对一些曲面较复杂的模型。对于熟悉Pro/e的用户来说,在Pro/e中建模更为方便。为避免在模型输入ANSYS后做大量的修补工作,可只建立部分实体,即先建立不规则部分;对于组件来说,先建立基体部分,基体是最简单的实体,没有任何细节特征,但它是进行后771机械与电子22004(10

6、)续细节特征的基础,一般创建基体特征应以零件整体几何形状或保证零件各组成特征的尺寸基准体形为前提,创建最佳的基体特征。对于已建好的完整实体,输入其中一部分到ANSYS中。如一形状不规则且截面不等厚的刀具,刀片铰孔处有一阶梯轴与其固接。如在ANSYS中建模,则需大量的坐标数据,需花费大量的时间,但在Pro/e中建模就非常简便。1.1输出Pro/e实体IGES是一种被普遍接受的中间标准格式,用来在不同的CAD和CAE系统之间交换几何模型2。ANSYS的IGES输入能力在工业界是最强的,而且,因为过滤器程序可以输入部分文件,所以至少可以输入模型的一些部分。Pro/e中建模完成后,点击工具菜单中的“文

7、件"命令,在下拉菜单中击“保存副本",在随后的对话框的类型选项中点选IGES(3.igs)文件格式。确定后,在出现的对话框选取不同的输出类型,对实体模型可点选“实体"、“壳"、“基准曲线和点"。1.2输入实体到ANSYS系统输入IGES,(条件)。),前先增加ANSYS。通常情况下,如果文件包含一些不必要(或无限制的)的图元,则自动合并就会失败或要求更多的内存,这时可以进行逐步的拓扑修改以删除那些图元,然后进行合并。否则必须在输入文件时不必进行合并和体的生成或通过拓扑和几何修整程序删除不想要的实体。对于输入1GES文件,ANSYS提供了Defe

8、atureModel和Nodefeaturing两种选项。它们各DefeatureModel方法:导入图形文件并对其进行几何模型修改后才导入到ANSYS数据库中。用这种方法可忽略凸起、洞和小孔等,但只能对实体模型执行某些有限的操作。同时内存需求大,速度慢,对单个实体模型的导入、划分网格和求解等比较有利,但精度不高。由于CAD几何模型和有限元几何模型记录数据和保存文件的格式不同,三维模型转化为有限元模型时还必须经过模型修改,修复丢夫的信息,即可用拓扑修复用间隙检查调整间隙容差的方法对所有间隙进行合并;几何修复,通过创建体素和使用布尔操作来完成;几何简化,通过删除小线或小特征,分开、去掉或合并小于

9、指定尺寸的线、环或面,创建一个更简化的几何模型以便划分网格,消除那些在划分网格时导致问题的特征。Nodefeaturing方法:直接导入图形文件导ANSYS数据库中,是ANSYS缺省的导入方法3。Nodefeaturing方法可靠且快,并允许进行ANSYS的任何实体模型操作,不允许忽略微小几何特征的处理与操作。这个选项使用标准的ANSYS几何数据库,如果ANSYS检测到模型中包含有多个连接在一起的体,程序就会将生成体的开关关掉,而用户必须自己生成这些体。选择NoDefeaturing选项来输入IGES模型,在CAD系统中建模时,应当注意以下准则:在CAD系统中建模时,考察ANSYS实体建模的程

10、序、相关计划、对称性和对有限元分析来说所必须的细节。例如,对于轴对称模型,ANSYS程序要求总体坐标的Y轴是旋转轴。避免生成闭合曲线(也就是说,一条线的起点和终点是同一个点)和闭合曲面(例如曲面的起点和终点是同一条线)。ANSYS不能存储闭合曲线或闭合曲面(它要求至少两个关键点)。如果一段闭合曲线,闭合曲面,或“修整好的"闭合曲面(由1机械与电子22004(10)有自己特点。在DefeatureModel和Nodefeaturing两种选项下有3个子选项,分别为Merge、Solid与Small。其中Merge选项的特点:缺省为yes,导入时自动合并模型的重叠部分,使相邻面只有公用边

11、界线,但仅适用于DefeatureModel方法,当运行超出内存时将其设置为no。Solid选项的特点:缺省为yes,导入时将所有体合并成一个体。如果只需导入面时,将其设置为no。Small选项的特点:缺省为yes,自动删除模型中引起划分网格困难的小碎片,但仅适用于DefeatureModel方法。如果模型需要考虑缝隙或小洞,应将其设置为no。78IGES图元120和144或128和144所定义)在读一个IGES文件时发生冲突,ANSYS可能把它分割成2个或更多的图元。并尽可能用ANSYS程序所支持的数据格式写进IGES文件。当从CAD程序写进IGES文件时:只转换分析所需要的几何体的一部分。

12、有限元分析可以不需要CAD模型过多的细节。对于己修整过表面的转换,IGES文件中包括总体XYZ数据和UV数据。如果要分析的模型非常大,使用CAD程序的选择能力来创建几个IGES文件,每一个文件包含模型的一部分;当每一个文件被读进时,ANSYS程序会使用可用的实体号,然后用PREP7合并重合的图元(NUMRG命令或菜单路径MainMenu>Preprocessor>NumberingCtrls>MergeItems。用ASCLL码格式写IGES文件,每个记录包含80个构造模型,即:首先定义关键点,然后依次是相关的线、面、体。使用NoDefeaturing选项输入,在刀片铰孔处建

13、立阶梯轴,此时可用体素库中的高级图元solidcylinder自上而下建模,同时运用布尔操作的相关命令进行处理。从而完成了整个实体模型的建立(图略)。3结束语在CAD建立实体模型精确简便,一般将CAD系统中建立的复杂实体通过IGES中间标准格式全部输入到ANSYS系统中,但CAD几何模型和有限元几何模型记录数据和保存文件的格式不同,所有图元不能百分之百的转化,会造成图元丢失和网格难以划分,而ANSYS实体建模又有其局限性。本文介绍的方法是在CAD建模的基础上用ANSYS建模功能继续建模。首先在,然后将并应用布尔操。这一方,另一方面避免了或减少了图元丢失后的大量修复及网格难以划分,同时保证了模型

14、的精确性。由于DefeatureModel选项的局限性,建议使用NoDefeaturing选项将CAD系统建立的部分复杂实体,输入到ANSYS软件中,然后在输入的模型基础上建立新的图元,完成后续的建模工作。采用这种CAD建模与ANSYS建模相结合的方法可加快实体建模的速度,易于划分网格,实践证明这种方法是可行的。参考文献:1杨汾爱,龙小乐,鲍务均.斜齿轮的精确建模及有限元字符。对于Pro/e程序,使用下面附加的准则:设置C选项。“iges-out-trim-xyz"为“Yes",设置精度为1E6然后再重新生成模型。2ANSYS的实体建模作,、体素库及布尔运

15、算、拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等方法和命令建模。ANSYS程序提供了两种实体建模方法:自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时,定义一个模型的最高级图元,如球、棱柱,称为基元,程序则自动定义相关的面、线及关键点。利用这些高级图元直接构造几何模型,如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱体。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模,均能使用布尔运算来组合数据集,从而“雕塑出"一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算,诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时,对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面