ProE模型導(dǎo)入ANSYS問題的思考

1、ProE模型導(dǎo)入ANSYS問題的思考隨著鐵路領(lǐng)域發(fā)展水平的提高， 高速與重載成為了列車的主要特點(diǎn)，傳統(tǒng)設(shè)計水平已經(jīng)無法滿足當(dāng)前時代對于列車的要求，將 CAD 以及 CAE 技術(shù)應(yīng)用到列車設(shè)計以及制造過程中，已經(jīng)成為了鐵路領(lǐng)域發(fā)展的必經(jīng)之路。ProE以及ANSYS分別屬于CAD以及CAE 的主要代表，將 ProE 模型導(dǎo)入 ANSYS 中， 能夠使兩者的設(shè)計優(yōu)勢有效結(jié)合，對于列車整體性能的提高具有重要價值。ProE 模型導(dǎo)入ANSYS 的意義CAD即計算機(jī)輔助設(shè)計，屬于CAE （計算機(jī)輔助工程）中的主要內(nèi)容之一， ProE 屬于 CAD 的代表性技術(shù)，其中的機(jī)械設(shè)計模塊，是輔助 CAD 設(shè)計完成

2、的主要模塊 1 。從本質(zhì)上看，ProE下的機(jī)械設(shè)計模塊， 屬于三維機(jī)械設(shè)計工具的一種， 能夠使機(jī)械的設(shè)計過程在三維可視化的條件下展開， 可使機(jī)械的設(shè)計精度與效率有效提高。ANSYS屬于CAE的代表性技術(shù)，具下包含幾何建模模塊，具有幾何建模的功能，但該功能相對較弱，且實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。將 ProE 模型導(dǎo)入到 ANSYS 中，能夠使兩者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠使機(jī)械設(shè)計更好、更快的實(shí)現(xiàn)。ProE 模型導(dǎo)入ANSYS 問題的思考ProE 模型導(dǎo)入ANSYS 的方法文件導(dǎo)入ProE 具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，文件格式以 IGES（ Initial ？Graphics ？ Exchange ？ Specification

3、 ， 初始化圖形交換規(guī)范） 文件為主，與 ANSYS 文件格式存在一定的差異，如直接將文件導(dǎo)入其中，ANSYS很容易出現(xiàn)實(shí)體丟失的問題，進(jìn)而影響設(shè)計進(jìn)展。為確保文件導(dǎo)入能夠更好的完成， 在導(dǎo)入前做好格式轉(zhuǎn)換十分重要。接口轉(zhuǎn)換在將狀態(tài)設(shè)置為默認(rèn)的情況下，ANSYS無法直接對ProE中的文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，需對其進(jìn)行重新設(shè)置，才可使轉(zhuǎn)換順利完成。在 ANSYS 軟件中，可以利用其Connection ？ for？ Pro/Engineer模塊， 完成數(shù)據(jù)的傳輸以及文件的轉(zhuǎn)換過程， 最終使文件的導(dǎo)入 得以實(shí)現(xiàn)。AWEAWE 屬于前后處理環(huán)境的一種，將其應(yīng)用到 ProE 模型導(dǎo)入ANSYS 的過程中，能夠使

4、ProE 模型直接轉(zhuǎn)換成為 ANSYS 的形式， 能夠使幾何建模更加快速有效的完成， 但該技術(shù)目前并未成 熟。有限元分析模塊在 RroE 模型下，包含有限元分析模塊，該模塊具有添加載荷以及約束的功能，且其中包含ANSYS求解器，使用該模塊，能夠使兩者的ANSYS接收到的包含單元、載荷以及約束等各部分相關(guān)信息的有限元模型，能夠使導(dǎo)入過程更好的實(shí)現(xiàn)。有限元模型的建立分析了變流器柜體的有限元建模過程。簡化模型變流器柜體以方鋼等組成，共包括2 個變流器模塊， 1 個控制箱以及 1 個電力電容器。 考慮到變流器柜體布置非對稱， 因此在分析柜體受力情況時， 可通過將各部件簡化的方法， 降低有限元建模難度。

5、從體積上看，變流器柜體較大，考慮這一問題，可采用在不同坐標(biāo)軸上建立三維空間應(yīng)力以及位移分量的方法， 完成受力分析過程。需注意的是，變流器的簡化過程，必須保證計算精確合理，這一點(diǎn)十分重要?？赏ㄟ^對ProM 中的中間曲面的應(yīng)用，建立殼單元模型，相對于 ANSYS 的建模過程而言，中間曲面功能的應(yīng)用效率更高。薄殼與厚殼是需要了解的兩種殼單元模型形式， 前者一般不包括剪切變形， 無需考慮該問題， 則可建立薄殼， 過程相對簡單，只需將 ProM 有限元模型導(dǎo)入即可。如需考慮剪切變形的問題，則需建立厚殼，以確保能夠滿足殼單元模型建立的要求。在變流器實(shí)體中， 還包括安裝支座等小零件， 對變流器整體結(jié)構(gòu)力學(xué)性

6、能的影響較小， 因此在建模過程中， 無需考慮上述問題，以使建模過程以及具體模型得到簡化。焊縫與螺栓變流器實(shí)體中， 存在較多的焊縫以及螺栓， 對實(shí)體力學(xué)性能的影響較大， 有限元建模過程中， 必須將其作為重點(diǎn)問題加以考慮。建立耦合和約束方程，能夠使自由度聯(lián)接得以實(shí)現(xiàn)，可以在利用上述基礎(chǔ)的前提下， 對焊接位置進(jìn)行耦合約束處理， 將自由度耦合，以實(shí)現(xiàn)對焊接情況的模擬。手工電弧焊是焊接方法的一種， 相對較為牢固， 其強(qiáng)度與變流器實(shí)體基本一致，因此在建模過程中，無需考慮該接縫問題，將其刪掉簡化即可。螺栓連接在以變流器為主的機(jī)械中十分常見， 在有限元分析過程中，需對其加以重視。ANSYS具有非線性接觸行為模

7、擬能力，適用于對機(jī)械中螺栓連接情況的模擬， 能夠?qū)τ邢拊Ｐ偷慕碇С?。有限元建模方法有限元建模方法包括兩種， 分別為 H 法和 P 法。 H 法屬有限元建模的常規(guī)方法， 要求每個單元采用低階次的插值多項(xiàng)式進(jìn)行計算，各個單元的階次不變，將有限元網(wǎng)格的密度作為變量，在不斷改變變量的基礎(chǔ)上，最終得到函數(shù)的最優(yōu)解。 P 法同樣屬于有限元建模的一種方法，該方法要求將有限元網(wǎng)格的密度作為定值，將各單元函數(shù)的階次作為變量，通過不斷改變變量的方法，最終得到函數(shù)的最優(yōu)解。可以看出，上述兩種方法的區(qū)別僅在于變量的不同。通常情況下， 在利用 P 方法進(jìn)行有限元計算時，各單元的階次一般需逐漸上升， 并在此前提下

8、， 不斷地完成函數(shù)的 求解過程，通過迭代的方法，使函數(shù)的解能夠逐漸趨近于真實(shí)。相對于H方法而言，P方法一般具有更少的網(wǎng)格，但計算量較大，這是其優(yōu)勢以及缺陷所在。 考慮本次有限元分析的需求， 決定采用 H 方法作為主要有限元計算方法而應(yīng)用。變流器柜體力學(xué)性能的測定便利器柜體為不銹鋼材質(zhì)，屈服強(qiáng)度為 205MPa ，強(qiáng)度極限為520MPa,荷載情況如下：縱向5g、垂直1g時，應(yīng)力176MPa,最大位移量0.442mm ； 縱向 -5g 、 垂直 1g 時， 應(yīng)力 158MPa ， 最大位移量0.443mm ;縱向3g、垂直1g時，應(yīng)力82.8MPa,最大位移量 0.168mm ； 縱向 -5g 、

9、 垂直 1g 時， 應(yīng)力 121MPa， 最大位移量 0.168mm 。觀察應(yīng)力以及位移變形量發(fā)現(xiàn)，該變流器柜體的最大應(yīng)力，較不銹鋼材料的屈服強(qiáng)度小， 最大位移量未超出標(biāo)準(zhǔn)要求， 表明材料的靜強(qiáng)度能夠達(dá)到要求。測定同樣發(fā)現(xiàn)，變流器柜體振動頻率為67.25Hz ，與設(shè)計要求 30Hz 相比更高，表明材料的剛度能夠達(dá)到要求。討論)有限元分析方法，是ProE 模型導(dǎo)入到ANSYS 中的主要方法。通過抽取中間曲面的方法，能夠使有限元模型得到簡化，科學(xué)處理螺栓與焊縫，是提高有限元計算數(shù)值準(zhǔn)確的前提。H 方法更加適用于有限元計算。4）將ProE模型導(dǎo)入到ANSYS,能夠使以變流器柜體為主的各類器械的設(shè)計精度更高，測試發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)入后的器械，剛度與強(qiáng)度均能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)論綜上所述，將ProE模型導(dǎo)入到ANSYS中