基于cadcae系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換

1仿真測(cè)試過(guò)程現(xiàn)在，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法發(fā)生了很大變化，過(guò)去的基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆?jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)。用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)產(chǎn)品主要經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟:(1)使用CAD軟件完成產(chǎn)品的建模;(2)用分析軟件對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)態(tài)特性分析;(3)通過(guò)仿真軟件對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下測(cè)試。這三個(gè)步驟是相互聯(lián)系相互影響的,后一步都要以前面的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。第一步根據(jù)設(shè)計(jì)要求建立模型后,在第二步中對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性分析,如果分析結(jié)果不滿足要求必須回到第一步修改模型,直到滿足要求。最后對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真分析,如果仿真結(jié)果不滿足要求也必須回到第一步對(duì)模型進(jìn)行修改,直到分析結(jié)果和仿真結(jié)果都滿足要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和仿真分析時(shí)都用到了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù),模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入分析軟件中,能否保持原來(lái)精度直接關(guān)系到分析結(jié)果的可信度?，F(xiàn)在,CAD軟件種類比較多,其中PTC公司的PRO/E軟件應(yīng)用比較廣泛,分析類軟件種類也不少,其中ANSYS應(yīng)用比較普遍,所以,PRO/E與ANSYS軟件之間能否實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確交換直接影響到設(shè)計(jì)的可行性及設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。2pro/e軟件的文件格式軟件之間的數(shù)據(jù)交換有兩種方法:(1)通過(guò)數(shù)據(jù)文件直接交換;(2)使用中間文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。PRO/E的模型數(shù)據(jù)不能通過(guò)第(1)種方法直接導(dǎo)入到ANSYS里面進(jìn)行分析,只能通過(guò)第(2)種方法導(dǎo)入。PRO/E軟件可以導(dǎo)出的文件格式有很多種,其中最常用的有:PART(*.prt)、IGES(*.igs)、Neutral(*.neu)及中間分析文件(*.ans、*.anf)。ANSYS可以導(dǎo)入的模型數(shù)據(jù)文件格式有:IGES、CATIA、UG、PRO/E和(*.ans、*.anf)文件。PART(*.prt)是PRO/E軟件專用文件格式,它里面包含了模型及其分析的所有數(shù)據(jù),但是這種格式只能在PRO/Engineer環(huán)境下才能還原出它包含的所有信息。IGES(*.igs)是專門用來(lái)在CAD和CAE軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的一種文件格式,它能保證幾何模型數(shù)據(jù)不丟失。Neutral(*.neu)是一種文本格式的文件,PRO/E可以導(dǎo)出兩種Neutral文件,一種是保存零件模型數(shù)據(jù)的Neutral文件,一種是保存裝配模型數(shù)據(jù)的Neutral文件,這種文件不僅能保存模型數(shù)據(jù),還能保存裝配的拓?fù)潢P(guān)系及特征參數(shù)。ANS(*.ans)是用PRO/E軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元分析時(shí),在完成選擇單元類型、劃分單元格、添加邊界條件等前處理后,用來(lái)保存這些前處理信息的一種文件格式。ANSYS軟件與PRO/E軟件可以通過(guò)PART(*.prt)、IGES(*.igs)、ANS(*.ans)、ANF(*.anf)中間文件完成數(shù)據(jù)交換。其中PART(*.prt)文件必須和ANF(*.anf)文件混合使用。2.1anyss和sue通過(guò)iges文件*.igs文件傳輸數(shù)據(jù)2.1.1生成文件結(jié)構(gòu)首先,在Pro/E環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配,然后,選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單,彈出保存副本對(duì)話框后,文件類型選擇IGES(*.igs),在【新名稱】框內(nèi)為模型輸入新名稱,點(diǎn)擊【確定】按鈕會(huì)彈出輸出IGES對(duì)話框,如圖1:在輸出IGES對(duì)話框中可以設(shè)置輸出圖元的類型、參考坐標(biāo)系以及IGES文件結(jié)構(gòu)。輸出的圖元類型有:線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn),缺省輸出圖元是曲面,缺省是輸出所有面組,點(diǎn)擊【面組...】選擇特定面組輸出?？梢赃x擇多種圖元類型進(jìn)行輸出,但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。單擊【定制層...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。文件結(jié)構(gòu)類型有:平整、一級(jí)、所有級(jí)別、所有零件,默認(rèn)輸出為平整。平整:將組件的所有幾何輸出到一個(gè)IGES文件。導(dǎo)入到另一個(gè)系統(tǒng)時(shí),該組件就擔(dān)當(dāng)一個(gè)零件的角色。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上,以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級(jí):輸出一個(gè)組件的IGES文件,該文件只包含頂級(jí)幾何(如組件特征)。所有級(jí)別:輸出一個(gè)組件的IGES文件。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。該選項(xiàng)支持所有層次。所有零件:將一個(gè)組件作為多個(gè)文件輸出到IGES,這些文件中包含所有元件和組件特征的幾何信息。零件使用相同的參照坐標(biāo)系,使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。點(diǎn)擊【確定】完成IGES(*.igs)輸出。2.1.2iges文件導(dǎo)入ANSYS導(dǎo)入IGES(*.igs)文件的方法有兩種:一種是通過(guò)ANSYS軟件的用戶界面操作導(dǎo)入;一種是通過(guò)輸入命令導(dǎo)入。通過(guò)用戶界面操作導(dǎo)入IGES的步驟是:選擇主菜單【File】下的子菜單【Import】的次級(jí)子菜單【IGES...】,彈出導(dǎo)入IGES屬性設(shè)置對(duì)話框,如圖2:在導(dǎo)入IGES屬性設(shè)置對(duì)話框中可以設(shè)置:是否導(dǎo)入所有數(shù)據(jù),是否合并圖元,是否創(chuàng)建實(shí)體,是否刪除小面。點(diǎn)擊【OK】按鈕彈出文件路徑選擇對(duì)話框,在文件路徑選擇對(duì)話框中選擇好所需精度,輸入IGES文件路徑后,點(diǎn)擊【OK】按鈕完成IGES文件導(dǎo)入。通過(guò)命令導(dǎo)入IGES文件的命令格式是:2.2亞數(shù)據(jù)集和消息集通過(guò)ans文件*.ans文件執(zhí)行數(shù)據(jù)2.2.1有限元fem模式首先,在Pro/E中建好的模型,然后,選擇菜單【應(yīng)用程序】下的【Mechanica】子菜單,此時(shí)會(huì)進(jìn)入有限元FEM模式,選擇結(jié)構(gòu)分析。在有限元FEM模式下完成:設(shè)置材料類型和材料性質(zhì)、選擇單元類型、添加邊界條件等前處理操作后,選擇主菜單【網(wǎng)格】下的【創(chuàng)建】子菜單,開(kāi)始分網(wǎng),完成后關(guān)閉對(duì)話框。選擇主菜單【分析】下的【有限元求解】,彈出有限元求解設(shè)置對(duì)話框,如圖3:在求解器類型中選擇ANSYS,分析種類可以選擇結(jié)構(gòu)分析也可以選擇熱分析,選中輸出到文件,輸入文件名,點(diǎn)擊【OK】,即可生成一個(gè)(*.ans)文件。2.2.2選擇ans文件路徑ANSYS導(dǎo)入ANS(*.ans)文件有兩種方法。第一種方法:選擇主菜單【File】下的【ReadInputForm...】菜單,在彈出的路徑選擇對(duì)話框種選擇ANS(*.ans)文件路徑。第二種方法:通過(guò)輸入命令字導(dǎo)入ANS(*.ans)文件,所用的命令是/INPUT,命令格式:完成導(dǎo)入的模型是已經(jīng)劃分好網(wǎng)格的模型,可以直接進(jìn)行求解,也可以重新定義單元類型,設(shè)置單元屬性,細(xì)化單元格,重新定義載荷等再求解。3維模型模型IGES(*.igs)文件主要記錄模型數(shù)據(jù),包括二維模型和三維模型。ANS(*.ans)文件是一種文本文件,它主要記錄:單元類型、材料特性、波松比、彈性模量,節(jié)點(diǎn)和單元格數(shù)據(jù)等,但沒(méi)有包括模型數(shù)據(jù)。3.1模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入通過(guò)GES(*.igs)文件能夠把PRO/E中的模型數(shù)據(jù)完全導(dǎo)入到ANSYS里面,成功導(dǎo)入以后,可以對(duì)模型進(jìn)行各種操作,與直接在ANSYS環(huán)境下所建的模型一樣方便處理。3.2小平面、小段、窄平面的模型建模當(dāng)使用GES(*.igs)文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入時(shí),對(duì)于特別復(fù)雜或包含有小平面、小線段、窄平面(如圖4)的模型,必須進(jìn)行模型修復(fù)才能劃分網(wǎng)格,否則無(wú)法完成網(wǎng)格劃分或者劃分后計(jì)算的結(jié)果跟實(shí)際情況嚴(yán)重不符。3.3邊界條件生成使用ANS(*.ans)文件把PRO/E中的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ANSYS里面后,添加邊界條件可以直接進(jìn)行求解運(yùn)算,還可以很方便地修改單元類型、重新定義材料特性、細(xì)化單元格等。3.4添加邊界條件雖然通過(guò)ANS(*.ans)文件把PRO/E中的模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到ANSYS里面后,添加邊界條件就可以直接求解運(yùn)算,但是對(duì)于邊界不規(guī)則的模型,由于ANSYS是通過(guò)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)重建模型,在給不規(guī)則邊界添加力、約束時(shí),每個(gè)節(jié)點(diǎn)都得單個(gè)處理,這就嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)了效率。4pro/e與anasas的接口詳細(xì)介紹了PRO/E與ANSYS的接口方法,具體說(shuō)明如何生成中間文件,如何利用中間文件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,總結(jié)了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。利用PRO/E與ANSYS的接口方法實(shí)現(xiàn)