巧妙轉(zhuǎn)換Pro/ENGINEER與ANSYS間的模型數(shù)據(jù)

sunshine1026

ANSYS軟件誕生于上世紀(jì)70年代。在有限元分析軟件的發(fā)展史上,，ANSYS一直作為一個(gè)重要成員存在于激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,，生存下來并不斷發(fā)展壯大,。目前ANSYS是世界上最有影響的以有限元分析為基礎(chǔ)的CAE軟件之一，廣泛應(yīng)用于機(jī)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(yè)的一般工業(yè)設(shè)計(jì)及科學(xué)研究,。使用ANSYS進(jìn)行分析必須通過構(gòu)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(shí)在太弱。構(gòu)建分析中需要的復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和曲面,，在ANSYS當(dāng)中實(shí)際很難完成,。    Pro/ENGINEER（以下簡稱Pro/E）是美國PTC公司的產(chǎn)品，目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER Wildfire 3.0版,。1985年P(guān)TC公司成立于美國波士頓,，開始參數(shù)化建模軟件的研究。經(jīng)過10余年的發(fā)展,，Pro/E已經(jīng)成為最優(yōu)秀的三維建模CAD軟件之一,。Pro/ENGINEER是一個(gè)基于特征的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)，用戶能迅速方便地利用其建立各種龐大復(fù)雜的模型,。
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，利用先進(jìn)的CAD/CAE工具對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行研究已經(jīng)成為一種可行方案,。充分利用Pro/ENGINEER和ANSYS這兩個(gè)工具在各自領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì),，并將其結(jié)合起來研究開發(fā)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)是當(dāng)前國內(nèi)多數(shù)研究群體的首選方案。

一,、Pro/ENGINEER向ANSYS進(jìn)行模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方式介紹及評(píng)析
) q. ]+ l# x( ~) L* B. F0 \) h0 q* j    當(dāng)前CAD/CAE軟件開發(fā)的趨勢(shì)是專業(yè)化分工程度越來越高,。雖然Pro/ENGINEER與ANSYS軟件分別都有相應(yīng)模塊向?qū)Ψ筋I(lǐng)域滲透，允許用戶在購買足夠模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)相應(yīng)操作,，但是對(duì)于需要使用CAD/CAE集成系統(tǒng)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(yōu)質(zhì)地完成任務(wù)。工程人員較好的選擇還是構(gòu)建兩者的集成系統(tǒng)作為工作平臺(tái),。
2 v( B4 m* U1 C) K  ]    建立由不同軟件組成的集成系統(tǒng)的關(guān)鍵問題就是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口的設(shè)置（這里主要指從Pro/ENGINEER向ANSYS導(dǎo)入模型數(shù)據(jù),，使得ANSYS能夠得到準(zhǔn)確有效的模型數(shù)據(jù)便于下一步分析）。本文使用目前流行的版本Pro/ENGINEER Wildfire 2.0與ANSYS 9.0做分析,，總結(jié)了三大類方式共4種方案可供實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,。
    1.利用IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換
+ r) c6 e/ @3 W4 j% L8 r0 O# N    IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification)是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)(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(chǎn)品的幾何,、繪圖、結(jié)構(gòu)和其他信息組成,，可以處理CAD/CAM系統(tǒng)中的大部分信息,，亦受到絕大多數(shù)CAD/CAM系統(tǒng)的支持。IGES文件格式分為ASCⅡ格式和二進(jìn)制格式，其中ASCⅡ格式又有固定行長(每行8O個(gè)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(nèi)置了IGES轉(zhuǎn)換過濾器，所以它支持IGES格式文件的導(dǎo)入,。但由于轉(zhuǎn)換過濾程序允許輸入部分模型參數(shù),，所以ANSYS有時(shí)會(huì)把不能識(shí)別的特征省略掉，如圖1所示,。當(dāng)Pro/ENGINEER中建立的模型特征過多或結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜時(shí),，使用IGES文件格式輸入到ANSYS后很可能產(chǎn)生模型斷裂、丟失實(shí)體等情況,，會(huì)直接影響模型后續(xù)分析的準(zhǔn)確性,。
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* t, ?: S5 |& `0 f" g4 c圖1 ANSYS導(dǎo)入IGES文件時(shí)的報(bào)告

    通過實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)可以在ANSYS的導(dǎo)入IGES文件對(duì)話框中作一些選項(xiàng)調(diào)整,，多試幾次就可得到滿意效果,。實(shí)踐中對(duì)話框中當(dāng)四個(gè)選項(xiàng)分別選取“Defeature model、合并重合的關(guān)鍵點(diǎn),、產(chǎn)生實(shí)體,、刪除小面積”時(shí)，就導(dǎo)入效果準(zhǔn)確的模型,，如圖2所示的兩種不同選項(xiàng)組合模型有很大差異,。使用IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式有個(gè)缺點(diǎn)：導(dǎo)入模型相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間，耗費(fèi)的時(shí)間與模型的復(fù)雜程度成正比,。

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$ T: Z$ g5 ]% j/ Y! f+ Y圖2 導(dǎo)入IGES選項(xiàng)不同導(dǎo)致輸入的模型差異

: ~5 e, X1 l9 {7 D1 j    2 . 使用A N S Y S — P r o /ENGINEER接口轉(zhuǎn)換
    A N S Y S 軟件安裝選項(xiàng)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(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換給ANSYS，同時(shí)還提供了以執(zhí)行部件為基礎(chǔ)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)功能,。該功能允許從建立以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化Pro/E模型開始,，用ANSYS程序?qū)ζ溥M(jìn)行優(yōu)化，并以一個(gè)優(yōu)化的模型結(jié)束,，而且建立好的模型仍是以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)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(zhǔn)確地導(dǎo)入數(shù)據(jù),，因此下面將對(duì)此類方案著重進(jìn)行分析,。
: b) e& v# F. s, l/ c    ANSYS在默認(rèn)的狀態(tài)下是不能對(duì)Pro/E中的prt（或asm）文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的。必須通過以下過程對(duì)ANSYS設(shè)進(jìn)行連接設(shè)置以激活模塊,。

2 U9 n! u1 L- t& p3 \+ J圖3 ANS_ADMIN 9.0對(duì)話框

    鼠標(biāo)點(diǎn)擊“ 開始→ 程序→ANSYS 9.0→Utilities→ANS_ADMIN”,，出現(xiàn)如圖3所示對(duì)話框，選擇“Configuration options →O K ” ,， 接下來的對(duì)話框順序選取“Configuration Connection for
Pro/ENGINEER → OK”和“ANSYSMultiphysics & WIN32 → OK”,。
3 e: B, Q4 s! V' s    完成后，A N S Y S會(huì)自動(dòng)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(xiàn)的對(duì)話框“PRO/ENGINEERInstallation path”選項(xiàng)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(xiàng)用默認(rèn)的“usascii”,，然后點(diǎn)擊“0K”。出現(xiàn)對(duì)話框提示在Pro/E目錄下成功建立了一個(gè)protk.dat文件,，點(diǎn)擊確定即完成配置�,，F(xiàn)在打開Pro/E，如果在“工具”菜單的后面出現(xiàn)一個(gè)新菜單“ANSYS 9.0”（如圖4所示）,，就表示已經(jīng)成功建立了接口,。

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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(gè)方案實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：
    （1）使用ANSYS直接導(dǎo)入Pro/E模型數(shù)據(jù)
    打開ANSYS,，在點(diǎn)擊“File→Import→Pro/E”后出現(xiàn)的對(duì)話框中,，選擇填入正確的prt文件名，并在“Pro/ENGINEER command”欄中填入正確運(yùn)行P r o / E 的命令如“proe”,，然后點(diǎn)“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(huì)出現(xiàn)找不到anf文件的錯(cuò)誤,。如果前面在“Pro/ENGINEER command”欄中填入了錯(cuò)誤的運(yùn)行命令，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)一個(gè)致命錯(cuò)誤的提示,，這時(shí)重新輸入正確即可,。在某些ANSYS版本中此功能有Bug，當(dāng)直接導(dǎo)入方案行不通時(shí)可以采用本文論述的其他方案,。
; a& m8 Z. V5 s' }! e    (2)使用anf文件導(dǎo)入模型數(shù)據(jù)打開Pro/E后，新建或者打開一個(gè)p r t文件（可以不必輸入材料特性）,，點(diǎn)擊如圖4所示的菜單“ANSYSGeom”, 就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)ANSYS進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換,。因?yàn)橐�保護(hù)數(shù)據(jù)一致性，所以此種轉(zhuǎn)換模式完成后不允許用戶在Pro/ENGINEER環(huán)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(huán)境。轉(zhuǎn)換過程中Pro/ENGINEER會(huì)在自身的的工作目錄下生成數(shù)個(gè)同名的文件,，其中一個(gè)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(shù)據(jù),，是ANSYS導(dǎo)入數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)格式之一,。只要運(yùn)行一次直接導(dǎo)入并生成了anf文件，就不需要再同時(shí)打開Pro/ENGINEER和ANSYS兩個(gè)大型軟件了,。通常的做法是運(yùn)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(zhuǎn)換文件

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4 j$ N+ q8 A: M) ~: G圖5 運(yùn)行有限元分析菜單

( N6 C9 m& K# N    對(duì)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(zhuǎn)換文件的方案,。新建或打開一個(gè)prt文件后,，調(diào)用“應(yīng)用程序”菜單中的Mechanica程序進(jìn)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(wǎng)格信息的模型數(shù)據(jù)文件,，屬于ASCⅡ文件格式，文件中的標(biāo)題部分指出允許讀入此文件的最低ANSYS版本,，如Pro/ENGINEER Wildfire 2.0生成的ans文件要求是ANSYS 7.1,。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(shí)導(dǎo)入的模型是帶有有限元網(wǎng)格的。
  s% g& d2 Q. B7 M% d    生成ans文件的步驟如下：點(diǎn)擊“網(wǎng)格”菜單選擇“創(chuàng)建”,，接下來一系列對(duì)話框是關(guān)于網(wǎng)格的選項(xiàng),，全部采用默認(rèn)也可創(chuàng)建網(wǎng)格。網(wǎng)格創(chuàng)建完畢之后,，“分析”菜單中的“有限元求解”選項(xiàng)即可使用,，點(diǎn)擊后出現(xiàn)如圖5所示的運(yùn)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(xiàng),，如圖5所示。點(diǎn)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,。
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二,、轉(zhuǎn)換當(dāng)中一些值得注意的問題
    在利用Pro/ENGINEER與ANSYS構(gòu)成CAD/CAE集成系統(tǒng)的過程中容易產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，只有多實(shí)踐才能根據(jù)出錯(cuò)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：
5 V' g! P; M7 `: U9 t* z0 {    (1)Pro/ENGINEER與ANSYS必須安裝于同一個(gè)操作系統(tǒng)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(shè)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(fā)布時(shí)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(fā)布時(shí)間以供參照,。
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* Y1 G! E% M1 t$ e- }
. _6 E- v* @1 r. n! s* i( V8 f表1 Pro/E與ANSYS版本發(fā)布時(shí)間對(duì)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(shí)候會(huì)出現(xiàn)明明文件存在，但卻因?yàn)檎也坏轿募�而終止讀取的錯(cuò)誤,。較好的解決方法就是為每一個(gè)項(xiàng)目專門建立一個(gè)只含有字母,、數(shù)字,、下劃線的文件夾，工作時(shí)把Pro/ENGINEER與ANSYS的工作目錄都設(shè)置在這個(gè)文件夾中,。既避免出錯(cuò),，又比較容易管理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件。
    (4)導(dǎo)入文件后有可能出現(xiàn)不能正確顯示模型的情況,，此時(shí)可以觀察ANSYS的模型顯示區(qū)域左下角,，當(dāng)出現(xiàn)模型文件名時(shí)就說明其實(shí)已經(jīng)導(dǎo)入成功了。點(diǎn)擊“QSave”圖標(biāo)之后再點(diǎn)擊“RESUM_DB”按鈕重載一次數(shù)據(jù)庫,，模型就可正常顯示,。
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7 ~; Y+ q% R, X三、結(jié)論
    本文通過對(duì)P r o / E N G I N E E R Wildfire 2.0與ANSYS 9.0兩大流行CAD/CAE軟件的研究,，解決了實(shí)際工程應(yīng)用中CAD/CAE系統(tǒng)集成的接口問題,。對(duì)由Pro/ENGINEER向ANSYS轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)提供了幾種解決方案及實(shí)現(xiàn)步驟，并對(duì)常見的問題予以評(píng)析,。這樣,，通過Pro/ENGINEER強(qiáng)大的建模功能所建立的模型，就能夠直接轉(zhuǎn)入ANSYS系統(tǒng)進(jìn)行各種分析,，為廣大工程設(shè)計(jì)開發(fā)人員建立一個(gè)良好的集成開發(fā)環(huán)境鋪平道路,。

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