基于ug的有限元模型導(dǎo)入ansys軟件的研究

基于ug的有限元模型導(dǎo)入ansys軟件的研究

有限分析軟件（fea）具有強(qiáng)大的解算器，可以計算結(jié)構(gòu)、加熱、聲音、水流、磁體和其他學(xué)科。這是目前國際上最流行的有限分析軟件之一。然而,美中不足的是,ANSYS軟件的實(shí)體建模功能相對薄弱。如果分析對象規(guī)模龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,尤其是包含大量不規(guī)則的曲線和曲面時,使用ANSYS建立實(shí)體模型比較麻煩,往往需要對模型進(jìn)行簡化。同時,這種情況下網(wǎng)格劃分常常需要借助布爾操作將整體模型進(jìn)行分割,而此時ANSYS中分析對象往往不支持布爾操作,從而使得有限元模型的生成比較困難。為彌補(bǔ)這方面的缺憾,ANSYS為目前流行的計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)軟件預(yù)留了接口,可以輸入CAD軟件生成的實(shí)體或有限元模型,UG就包含在其中。UG作為當(dāng)今世界最先進(jìn)的計算機(jī)輔助設(shè)計軟件之一,具有強(qiáng)大的實(shí)體造型和曲面造型功能。雖然UG也具有自己的CAE模塊,但主要應(yīng)用于模型的動力學(xué)仿真,而且所能提供的解算器類型和結(jié)果數(shù)據(jù)都不是很充分。然而如果利用UG和ANSYS良好的兼容性,將它們聯(lián)合起來,充分發(fā)揮UG功能完備的CAD模塊和ANSYS強(qiáng)大的FEA功能,將為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有限元分析開辟一條新的途徑。1ug預(yù)處理1.1建立ug自身組圖利用UG的NX功能模塊,根據(jù)設(shè)計圖紙,運(yùn)用從底而上或自頂向下的建模方法,通過建立新組件或者建立并編輯UG自身的引用集,利用樣條、橋接、偏置、投影、交叉等特性以及建立和編輯曲線、生成主片體等方法,逐步建立并修改組圖,最終完成研究對象完整準(zhǔn)確的實(shí)體模型。1.2對求解對象的制度設(shè)置和加載實(shí)體模型建立完畢后,即可進(jìn)入UG的結(jié)構(gòu)分析模塊。在結(jié)構(gòu)分析模塊中,首先將解算器設(shè)定為ANSYS,并按需要設(shè)定分析類型和解法類型。UG為ANSYS設(shè)定的接口共預(yù)留了結(jié)構(gòu)、熱、軸對稱結(jié)構(gòu)和軸對稱熱4種分析類型以及線性靜態(tài)、模態(tài)、屈曲和非線性靜態(tài)4種解法類型。其次進(jìn)行研究對象材料特性設(shè)置。在設(shè)置材料屬性時,要注意各個量的單位,使用同一單位制,和ANSYS統(tǒng)一起來,因為在ANSYS中沒有顯式單位,只是使用封閉的隱式單位制。材料屬性的加載有2種方式,一種是在加載對話框中直接加載,另一種是通過文件修改來完成。第2種方法對于一些變化的材料屬性尤其有效,比如材料非線性分析中的應(yīng)力-應(yīng)變。輸入材料的應(yīng)力-應(yīng)變時還要注意,所輸入的最大應(yīng)力-應(yīng)變值一定要含蓋求解對象的整個響應(yīng)范圍,否則程序?qū)o法處理超過所輸入最大應(yīng)力-應(yīng)變的響應(yīng),計算結(jié)果將以輸入的最大值代替超過它的響應(yīng)值。再次進(jìn)行載荷加載。在UG中施加載荷時,可在點(diǎn)、線、面、體及邊緣上加載包括重力、離心力和溫度載荷在內(nèi)的各種外加載荷。最后對研究對象進(jìn)行約束。定義約束時,可在點(diǎn)、線、面及邊緣的各個方向上定義各種類型的平移和旋轉(zhuǎn)約束,包括固支、簡支、對稱及自定義的活動范圍。1.3網(wǎng)格化單元的設(shè)置在UG中,提供了零維的點(diǎn)單元,一維的線單元,二維的面單元及三維體單元,其中三維體單元又包括8節(jié)點(diǎn)的SOLID45六面體單元和10節(jié)點(diǎn)SOLID92四面體單元。網(wǎng)格劃分時,可以先利用UG的自動判斷功能,得到系統(tǒng)建議的網(wǎng)格尺寸,并以此尺寸進(jìn)行網(wǎng)格劃分。如果網(wǎng)格太疏或太密時,再改變網(wǎng)格尺寸。在劃分結(jié)構(gòu)復(fù)雜的實(shí)體模型時,系統(tǒng)建議的網(wǎng)格尺寸也不一定可行,需要對網(wǎng)格尺寸進(jìn)行微調(diào)。此時如果要加密或減少網(wǎng)格,建議以劃分成功的網(wǎng)格尺寸的半數(shù)或倍數(shù)為新的網(wǎng)格尺寸。劃分完畢后,系統(tǒng)會自動對網(wǎng)格進(jìn)行檢測,指出超出90%和100%閾值的單元。有時這些單元的存在會導(dǎo)致網(wǎng)格在ANSYS中不被接受,需要重新進(jìn)行網(wǎng)格劃分。重新分網(wǎng)時,一方面可以調(diào)整網(wǎng)格尺寸,另一方面也可以對模型中線條尺寸對比懸殊部位及雅可比閾值較大部位的線/面先分網(wǎng),然后再整體進(jìn)行網(wǎng)格劃分,或者對這些區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密。網(wǎng)格劃分完畢后,要給網(wǎng)格分配其對應(yīng)的材料參數(shù)——這一點(diǎn)不同于ANSYS,在ANSYS中劃分網(wǎng)格之前先將材料參數(shù)分配給對應(yīng)的實(shí)體模型。2inp文件解算預(yù)處理工作完成后,就可執(zhí)行分析菜單中的解算命令。此時,如果UG和ANSYS成功鏈接,則直接進(jìn)入解算過程;如果二者沒有成功鏈接,則會跳出“找不到解算器可執(zhí)行文件”的信息。這時,只要在工作目錄下找到解算器執(zhí)行文件——.inp文件,將其導(dǎo)入ANSYS,解算工作就會開始。將解算器執(zhí)行文件導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行求解的好處在于:可以對解算器執(zhí)行文件進(jìn)行檢查,并做必要的修改。解算器執(zhí)行文件依次包括起始命令、節(jié)點(diǎn)描述、材料屬性、網(wǎng)格及其類型、約束點(diǎn)及類型,載荷點(diǎn)及類型和求解命令。節(jié)點(diǎn)描述包括節(jié)點(diǎn)的編號和三維坐標(biāo)。要注意的是同一個問題每次生成的解算器執(zhí)行文件的節(jié)點(diǎn)編號并不相同,因為起始點(diǎn)的選取是隨機(jī)的,所以文件中凡是涉及到節(jié)點(diǎn)的地方,編號都有可能不同。對于材料常數(shù),要仔細(xì)檢查它們的單位是否和初始輸入時一致,是否同屬一個封閉的單位制,以免在ANSYS中出錯。同時也可以根據(jù)需要進(jìn)行修改,在后面的例子中可以看到加入應(yīng)力-應(yīng)變曲線的程序段。3解算和處理3.1ug應(yīng)用的救濟(jì)通常,將UG文件導(dǎo)入到ANSYS中,包括下述2種不同的類型:1)實(shí)體模型的導(dǎo)入。在UG中生成研究對象的實(shí)體模型后,利用ANSYS的導(dǎo)入功能直接將實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS。這是目前有限元分析中最常用的方式,它充分利用了UG強(qiáng)大的實(shí)體建模功能,但沒能利用UG靈活的有限元建模功能,不能克服大型復(fù)雜構(gòu)件在ANSYS中分網(wǎng)困難的缺點(diǎn)。2)有限元模型的導(dǎo)入。在UG中生成研究對象的實(shí)體模型,并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,然后將其導(dǎo)入ANSYS。此方法充分利用了UG強(qiáng)大的建模功能,但這種方法導(dǎo)入ANSYS的文件存在一個缺點(diǎn),就是導(dǎo)入的模型只有網(wǎng)格和節(jié)點(diǎn),而沒有實(shí)體模型的關(guān)鍵點(diǎn)、線、面和體,使得材料屬性分配、邊界條件設(shè)置、載荷加載等前期處理工作無法開展。為克服上述2種方法的缺陷,充分發(fā)揮UG功能完備的建模優(yōu)勢及ANSYS強(qiáng)大的解算器功能,本文采用一種新方法——解算器執(zhí)行文件的導(dǎo)入。其特點(diǎn)在于:完全在UG中進(jìn)行預(yù)處理,然后利用ANSYS軟件file菜單中的“readinputfrom”命令,將在UG中生成的解算文件(.inp文件)直接讀入ANSYS,利用ANSYS的解算器進(jìn)行求解。3.2啟動求解命令后至終身性業(yè)務(wù)將解算器文件讀入后,ANSYS即開始求解。此時,如果要對ANSYS進(jìn)行設(shè)置,也可終止求解,設(shè)置完畢后再次啟動求解命令。例如在進(jìn)行彈塑性分析時,可能就會對ANSYS的非線性等求解控制選項進(jìn)行設(shè)置。求解完畢之后,根據(jù)需要,可在ANSYS的后處理模塊中提取各種數(shù)據(jù)結(jié)果,并進(jìn)行分析處理。4計算4.1不同材料的彈性模量某型航空發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)中介機(jī)匣的應(yīng)力場分析。中介機(jī)匣的結(jié)構(gòu)見圖1,材料為低碳12%鉻鋼,20℃時材料的彈性模量E=216.53GPa,泊松比v=0.3,應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系見表1,所受的外加載荷見表2。4.2gmms單位制根據(jù)中介機(jī)匣的設(shè)計圖紙,在UG中建立中介機(jī)匣的實(shí)體模型,見圖1。注意到實(shí)體模型的長度單位為mm,輸入g·mm·s單位制下的材料參數(shù)。根據(jù)實(shí)際安裝,對中介機(jī)匣主安裝節(jié)、后安裝邊和吊耳中間分別在X、Y、Z進(jìn)行固支。并將表2各載荷量值乘以106后加載于相應(yīng)的表面——將力的單位牛頓轉(zhuǎn)換為g·mm·s單位制下的量值。最后以系統(tǒng)建議尺寸8.89mm,用10節(jié)點(diǎn)SOLID92單元劃分網(wǎng)格,見圖2。4.3曲線的輸入預(yù)處理工作完成后,即可執(zhí)行分析菜單中的解算命令,生成解算文件。然后回到工作文件夾,用記事本打開解算文件,進(jìn)行檢查,并加入下面的程序段,確保各個參數(shù)均設(shè)置為g·mm·s單位制下的量值,并實(shí)現(xiàn)應(yīng)力-應(yīng)變曲線的輸入。MPTEMP,,,,,,,,MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,2.1645E11MPDATA,PRXY,1,,0.3MPTEMP,1,20MPDATA,DENS,1,,7.760E-3TB,MISO,1,1,9,TBTEMP,20TBPT,,0.001848,400000000TBPT,,0.003518,700000000TBPT,,0.004785,800000000TBPT,,0.007711,900000000TBPT,,0.031708,1100000000TBPT,,0.148365,1300000000TBPT,,0.6054154生成anasas反應(yīng)軟件完成對解算文件的檢查修改后,通過ANSYS軟件file菜單中的“readinputfrom”命令將其讀入ANSYS進(jìn)行求解。求解完成后,提取的應(yīng)力分布云圖見圖3。5ug在有限元分析中的應(yīng)用文章提出的基于UG預(yù)處理的ANSYS有限元分析方法,將計算機(jī)輔助設(shè)計軟件UG與有限元分析軟件ANSYS結(jié)合起來,在UG中完成實(shí)體模型的創(chuàng)建、有限元模型的生成、材料屬性的設(shè)置以及邊界條件和載荷的加載等預(yù)處理工作,并生成解算文件,將解算文件導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行求解。充分發(fā)