6-UG到ANSYS有限元模型的转换

UG到ANSYS有限元模型的转换

王洪海

哈尔滨航空工业(集团)有限公司研发中心 150066

摘要:有限元分析软件ANSYS具有精确的解算器,而软件UG具有良好的前处理即三维建模、网格划分及载荷

施加能力,若将两者完美的结合起来就可以很好的解决有限元分析问题,本文正是对这个问题的全面阐述。

关键词:UG ANSYS 有限元 转换 单位制

1 前言

ANSYS是一个以有限元分析为基础的大型的多物理场工程仿真分析软件(也就是大家通常所说的CAE软件), 有限元分析有三个主要的过程:

第一步前处理,进行几何模型的建立、划分有限元网格等工作;

第二步求解,在前处理中建立好的模型上施加边界条件并进行分析计算;

第三步后处理,对求解得到的结果进行显示、观察、进一步的运算等。

对于一个CAE软件来说,用户最为关心的应该是:用这个软件到底能解决我在产品设计

过程中遇到的哪些问题?各类问题的解决精度如何等等。在这一点上,ANSYS是迄今为止在单

一软件系统中分析类型最为广泛、分析能力最为强大的软件之一。从大的方面说,ANSYS的分

析范围涵盖了自然界的四大类场:结构力学(从广义的角度说,结构力学也是场的一类)、温

度场、流场、电磁场,同时,在ANSYS中,这几大类场还可进行耦合分析,考虑其综合效应,

所以ANSYS的分析功能非常强。然而,ANSYS软件的前处理即实体建模、网格划分、特别载荷

的添加等能力较弱,致使一些结构较为复杂零件的模型建立及由其它CAD软件导入的三维模

型的有限元划分相当困难甚至无法划分,有些特定载荷不易施加,如:轴承力。

UG软件具有三维实体建模、装配建模,生成直观可视的数字虚拟产品,并对其进行运动分

析、干涉检查、仿真运动及载荷分析。其功能特点如下:

.用造型来设计零部件,实现了设计思想的直观描述;

.充分的设计柔性,使概念设计成为可能;

.提供了辅助设计与辅助分析的完整解决方案;

.图形和数据的绝对一致及工程数据的自动更新。

UG为三维实体建模软件,同时具有自身的CAE功能,并且网格划分、载荷与边界条件的

加载功能强大、方便。但解算器精度远不如专业的有限元分析软件ANSYS。那么如何将UG与ANSYS的优点结合起来,则是本文的目的。

2 UG的有限元处理与导出

2.1 UG的分析功能

UG软件除具有强大的三维实体建模与装配建模外,还具有较强的运动分析、干涉检查、

仿真运动及载荷分析功能,现就结构分析进行阐述。在UG软件中有一个有限元分析模块

UG-Structures,在UG-Structures中,通过UG创建的三维实体模型可以很容易地创建各类

有限元模型,如:4节点和10节点四面体、8节点和20节点六面体三维实体单元,3节点和

6节点三角形、4节点和8节点四边形二维平面单元,以及梁、杆及弹簧等一维单元,无论结

构如何复杂在UG中均可轻易划分。但在ANSYS软件中,如果结构比较复杂,进行有限元的直接划分是很困难的,有时甚至是办不到的,而在UG-Structures中则是非常容量的。另外,在载荷加载过程中,UG-Structures有着独特的方法,如轴承载荷等可直接通过这种载荷的选项进行加载,在ANSYS中没有这种载荷的直接加载方法,要进行较为复杂的转换才能将这种载荷添加到相应的位置上。

2.2UG的有限元处理

在UG-Structures中进行有限元划分、施加材料参数、载荷和边界条件后,即可输出为ANSYS的输入格式文件*.INP。具体输出方法为,在Scenario Navigator中选择FE Model,继而选择解算器Solver,解算器Solver有四种,Structures P.E.、NASTRAN、ANSYS及ABAQUS,设定解算器Solver为ANSYS。

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2.3 在UG中形成文件格式的设定

选择解算Solver,其中的Submit项有Format/Solve、Format Only、Edit/Solve选 项,我们指定Submit项为Format Only,然后OK。

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UG三维模型 UG中的有限元划分

2.4 格式化完成后,将产生如下一个*.inp文件

/BATCH,LIST

/COM, UG-Scenario prep7 Deck for Ansys

/FILNAM,scenario_1

/TITLE, , LINEAR STATICS ANALYSIS

/ASSIGN,OSAV,scenario_1,osav,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/ASSIGN,MODE,scenario_1,mode,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/ASSIGN,TRI,scenario_1,tri,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/ASSIGN,FULL,scenario_1,full,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/ASSIGN,EMAT,scenario_1,emat,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/ASSIGN,ESAV,scenario_1,esav,C:\DOCUME~1\liuh\LOCALS~1\Temp\

/PREP7

ANTYPE,STATIC

NBLOCK,6,SOLID

(3i8,6e16.9)

8510 0 01.017022320E+0017.616875147E+0004.551444234E+000

8482 0 05.340000475E+0017.576400369E+0002.639396464E+001

8473 0 01.547619048E+0011.000000000E+0011.704931973E+001

8302 0 09.497898390E+0011.500000000E+0013.000000000E+001

8337 0 05.714285714E+0012.000000000E+0011.500000000E+001

FINISH

3 ANSYS有限元导入

将UG-Structures生成的*.INP文件导入ANSYS,形成ANSYS的节点、网格及相应的载荷,然后即可用ANSYS进行问题的解算。具体步骤为,在ANSYS的File菜单项中选择Read Input From ……,在弹出的Read File文件选择对话框中选择相应的输入文件*.INP,即UG-Structures的有限元导出文件,完成有限元及边界条件的导入。需要指出的是UG导出的有限元文件只包含有限元数据,而不包含几何模型数据,所以ANSYS导入的也只有有限元数据,而不包含几何模型数据。

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导入到ANSYS中的有限元模型

4 UG与ANSYS的单位制

UG与ANSYS各有自己的特殊单位制,在UG中输入单位制为mm(毫米)、Kg(千克)、MPa (兆帕)、N(牛顿), 导入到ANSYS后,单位制变成mm(毫米)、Kg(千克)、KPa(千帕)、mn(毫牛)。我们在ANSYS中通常使用的单位制为mm(毫米)、T(吨)、MPa(兆帕)、N(牛顿)。

所以要注意:利用ANSYS自身的单位制,得到的应力单位为MPa(兆帕),而从UG导入到ANSYS后,如不对单位制进行改动的话,得到的应力单位为KPa(千帕)。

为适应我们的单位制习惯,牵扯到的外载荷力、扭矩、弯矩等的单位需要做相应的换算,即在UG中各参数按下列比例输入:力N(牛)*1000、扭矩和弯矩N-mm(牛顿-毫米)*1000,材料参数待模型导入到ANSYS中后,在ANSYS中输入,密度单位制T/mm3(吨/立方毫米)、弹性模量MPa(兆帕),此时得出的应力单位为MPa(兆帕)

5 结论

通过实际操作我们发现,在UG-Structures中进行有限元划分时,可以保留模型的细节,避免在ANSYS中进行有限元划分时不得不忽略掉有用的细节,从而解决了复杂模型在ANSYS

中无法进行有限元划分的问题,确保了计算的精确度。另外,解决了在ANSYS中无法直接施加轴承载荷的问题。

将UG强大的有限元前处理功能与ANSYS精确的解算器完美的结合,确保了有限元分析的

精确度,解决了多年来令分析人员头痛的解决不了的许多难题。

参考文献:

[1]胡晓康 编译. UG结构分析培训教程 清华大学出版社 2002.9

[2]易日 编著. 使用ANSYS6.0进行静力学分析 北京大学出版社 2002.9

通讯地址:

黑龙江省哈尔滨市平房区保国大街51号信箱 发动机和传动设计所

E-mail:wanghonghai126@http://www.360docs.net/doc/169560c3d5bbfd0a79567351.html

电话:0451-********

(上接21页)

壳体噪声辐射的影响,得出以下结论:

(1)泵体采用底部支撑的方式与壳体连接时,壳体的噪声辐射较低,而采用悬挂方式时壳体的噪声辐射较高。

(2)力的作用方向对壳体的噪声辐射有很大的影响,径向力对壳体的噪声辐射贡献最大,切向力次之,而轴向力最小。

(3)上壳体的圆角半径增大,壳体的固有频率增大,噪声辐射则随着降低,因此大的圆角半径有利于压缩机噪声的降低。

(4)壳体厚度越厚,壳体的噪声辐射就越低。同时,壳体的阻尼增大后,壳体的噪声辐射就降低,对应的峰值也会降低。

参考文献:

[1]归振华,陈熙源. 冰箱压缩机壳体的隔声效果研究[J]. 噪声与振动控制,1994,(5): 25-30

[2]李洪亮,吴成军,黄协清. 圆柱形压缩机壳体声辐射特性参数研究[J]. 制冷学报,2002, (4): 5-9

[3]J. H. Lee, J. Kim. Sound transmission through cylindrical shell of hermetic compressors [A].

Proceedings of the 2000 international compressor engineering conference at Purdue, 2000, 933-940

[4]LMS Corp, SYSNOISE 5.5 User’s Manual. 2000

[5]李洪亮,吴成军,黄协清. 无限长FFS圆柱壳体远场辐射声压的参数研究[J]. 农业工程学报. 2003,

V ol. 19(3): 41-44

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