基于ANSYS自行車車架靜強(qiáng)度有限元分析

1、PAGE - 2 -PAGE - 51 -目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc264406842 摘 要 PAGEREF _Toc264406842 h - 1 - HYPERLINK l _Toc264406843 Abstract PAGEREF _Toc264406843 h - 2 - HYPERLINK l _Toc264406844 第一章 緒論 PAGEREF _Toc264406844 h - 3 - HYPERLINK l _Toc264406845 1.1 研究背景與意義 PAGEREF _Toc264406845 h - 3 - HYPE

2、RLINK l _Toc264406846 1.2 研究的內(nèi)容和方法 PAGEREF _Toc264406846 h - 4 - HYPERLINK l _Toc264406847 1.3 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264406847 h - 5 - HYPERLINK l _Toc264406848 第二章 PROE和有限元分析理論及ANSYS概述 PAGEREF _Toc264406848 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406849 2.1 PROE簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc264406849 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406

3、850 2.1.1 全相關(guān)性（Full Associability） PAGEREF _Toc264406850 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406851 2.1.2 實(shí)體造型（Solid Modeling） PAGEREF _Toc264406851 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406852 2.1.3 基于特征的參數(shù)化造型（Parameterized modeling based on the characteristics） PAGEREF _Toc264406852 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406853

4、2.1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的再利用（Database of reuse） PAGEREF _Toc264406853 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406854 2.2 有限元分析理論及ANSYS簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc264406854 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406855 2.2.1 有限元的基本概念和原理 PAGEREF _Toc264406855 h - 6 - HYPERLINK l _Toc264406856 2.2.2 有限元方法的特點(diǎn) PAGEREF _Toc264406856 h - 7 - HYPERLINK l _Toc

5、264406857 2.2.3 有限元的發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc264406857 h - 8 - HYPERLINK l _Toc264406858 2.3 ANSYS軟件介紹 PAGEREF _Toc264406858 h - 9 - HYPERLINK l _Toc264406859 2.3.1 ANSYS在有限元軟件中的地位 PAGEREF _Toc264406859 h - 9 - HYPERLINK l _Toc264406860 2.3.2 ANSYS的發(fā)展和特點(diǎn) PAGEREF _Toc264406860 h - 9 - HYPERLINK l _Toc2644068

6、61 2.3.3 ANSYS的分析步驟 PAGEREF _Toc264406861 h - 10 - HYPERLINK l _Toc264406862 2.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc264406862 h - 11 - HYPERLINK l _Toc264406863 第三章 自行車車架有限元分析模型的建立 PAGEREF _Toc264406863 h - 12 - HYPERLINK l _Toc264406864 3.1 三維實(shí)體模型的建立 PAGEREF _Toc264406864 h - 12 - HYPERLINK l _Toc264406865 3.1.1 車架模

7、型分析 PAGEREF _Toc264406865 h - 12 - HYPERLINK l _Toc264406866 3.1.2 車架模型的建立 PAGEREF _Toc264406866 h - 12 - HYPERLINK l _Toc264406867 3.2 車架有限元模型的建立 PAGEREF _Toc264406867 h - 14 - HYPERLINK l _Toc264406868 3.2.1 PROE和ANSYS的接口 PAGEREF _Toc264406868 h - 14 - HYPERLINK l _Toc264406869 3.2.2單元類型的選擇 PAGERE

8、F _Toc264406869 h - 19 - HYPERLINK l _Toc264406870 3.2.3定義材料屬性 PAGEREF _Toc264406870 h - 19 - HYPERLINK l _Toc264406871 3.2.4劃分網(wǎng)格 PAGEREF _Toc264406871 h - 20 - HYPERLINK l _Toc264406872 3.3有限元模型建立的步驟 PAGEREF _Toc264406872 h - 20 - HYPERLINK l _Toc264406873 3.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc264406873 h - 25 - HYP

9、ERLINK l _Toc264406874 第四章 車架的加載和求解 PAGEREF _Toc264406874 h - 26 - HYPERLINK l _Toc264406875 4.1 設(shè)定位移邊界條件 PAGEREF _Toc264406875 h - 26 - HYPERLINK l _Toc264406876 4.2 設(shè)定載荷 PAGEREF _Toc264406876 h - 27 - HYPERLINK l _Toc264406877 4.3 求解 PAGEREF _Toc264406877 h - 28 - HYPERLINK l _Toc264406878 4.4 本章小

10、結(jié) PAGEREF _Toc264406878 h - 29 - HYPERLINK l _Toc264406879 第五章 車架有限元結(jié)果分析 PAGEREF _Toc264406879 h - 30 - HYPERLINK l _Toc264406880 5.1 查看分析結(jié)果 PAGEREF _Toc264406880 h - 30 - HYPERLINK l _Toc264406881 5.2結(jié)果的分析 PAGEREF _Toc264406881 h - 32 - HYPERLINK l _Toc264406882 5.3 不同約束條件的對(duì)比 PAGEREF _Toc264406882

11、h - 33 - HYPERLINK l _Toc264406883 5.4本章小結(jié) PAGEREF _Toc264406883 h - 36 - HYPERLINK l _Toc264406884 第六章 全文總結(jié) PAGEREF _Toc264406884 h - 37 - HYPERLINK l _Toc264406885 致謝 PAGEREF _Toc264406885 h - 38 - HYPERLINK l _Toc264406886 參考文獻(xiàn)： PAGEREF _Toc264406886 h - 39 - HYPERLINK l _Toc264406887 附錄1：英文文獻(xiàn) PA

12、GEREF _Toc264406887 h - 40 - HYPERLINK l _Toc264406888 附錄2: 中文文獻(xiàn) PAGEREF _Toc264406888 h - 47 -基于ANSYS自行車車架靜強(qiáng)度有限元分析摘 要車架部件是構(gòu)成自行車的基本結(jié)構(gòu)體，也是自行車的骨架和主體，其他部件也都是直接或間接安裝在車架上的。車架部件同時(shí)也是自行車上重要的承載部件，自行車所受到的各種載荷最終都傳遞給車架，因此，車架結(jié)構(gòu)性能的好壞直接關(guān)系到騎乘者的安全和整車設(shè)計(jì)的成敗。通過(guò)有限元法對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能分析，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮車架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對(duì)提高整車的各種性能，降低設(shè)計(jì)與制造成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力等

13、都具有十分重要的意義。大型通用有限元軟件ANSYS憑借其強(qiáng)大的分析功能和高度可靠性，在結(jié)構(gòu)靜力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性。本文以某自行車車架結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)PROE和ANSYS軟件的學(xué)習(xí)、消化與吸收，采用實(shí)體單元，對(duì)車架結(jié)構(gòu)的有限元建模、車架結(jié)構(gòu)的靜態(tài)特性分析問(wèn)題進(jìn)行了研究。以車架的靜強(qiáng)度校核為研究載體，以車架結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化為目標(biāo)，以節(jié)約材料和減輕重量為最終目的，闡述了應(yīng)用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本指導(dǎo)思想及方法步驟。通過(guò)對(duì)某自行車車架結(jié)構(gòu)的有限元仿真及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，了解了有限元分析的思路和方法，闡述了有限元在自行車結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化中的重要意義，對(duì)車架的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)也具有重要的借

14、鑒意義。關(guān)鍵詞：自行車車架；有限元分析；ANSYS；靜強(qiáng)度Finite element analysis of the static strength bicycle frame based on ANSYSAuthor: Shi Lianqing Instructor: Yang ChuangchuangAbstract Frame constitute the basic components of bicycle structure, but also the skeleton and subject, the bicycle in other parts are directly or

15、 indirectly installed in the frame. Chassis parts are also important parts of the bicycle, bicycle was carrying loads were eventually to frame; therefore, the frame structure is directly related to the safety of riding and the success or failure of the whole design. Through the method of finite elem

16、ent analysis frame structure, performance in the design of optimized frame structure, to improve the performance of vehicle design and reduce manufacturing cost, strengthens the market competition has the extremely vital significance. The universal finite element software ANSYS relies on its strong

17、analysis function and high reliability, in static structure analysis and optimization design has incomparable advantage. Based on a bicycle frame structure as the research object, by the learning ,digestion and absorption of ANSYS and PROE software, with solid element, the finite element modeling of

18、 frame structure , static characteristic analysis are discussed. In the frame of static intensity for research, based on the frame structure optimization for target, to save material and reduce weight as the final purpose, this expounds ANSYS for structure optimization design method and the basic gu

19、iding thought of the steps. Based on a bicycle frame structure finite element simulation and optimization of the structure ,this paper understands the thoughts and methods of the finite element analysis, describes the significance of finite element analysis in bicycle structure analysis and optimiza

20、tion, on frame design and development also has important significance.Keywords: Bicycle frame; Finite element; ANSYS; Static strength第一章 緒論基于ANSYS自行車車架靜強(qiáng)度有限元分析PAGE - 52 -第一章 緒論1.1 研究背景與意義眾所周知，我國(guó)是世界上自行車生產(chǎn)量和持有量最多的國(guó)家，是名副其實(shí)的自行車王國(guó)。前幾年由于各種機(jī)動(dòng)交通工具漸漸取代自行車走進(jìn)人們的生活，自行車好像要慢慢淡出我們的視線。然而，近年來(lái)隨著交通擁擠、能源短缺、環(huán)境污染等問(wèn)題的日益嚴(yán)重

21、，以及人們對(duì)休閑娛樂(lè)要求的提高，自行車以其占用空間小、靈活方便、造價(jià)低廉、經(jīng)濟(jì)耐用和便于維修等特點(diǎn)，再次受到人們?cè)絹?lái)越多的重視，發(fā)展迅速?，F(xiàn)在，自行車已不僅僅是一種代步工具，更是人們生活的一個(gè)重要組成部分，同時(shí)人們對(duì)自行車也提出了更多的要求。總的來(lái)說(shuō)，自行車要朝著美、輕、牢、新、廉方向發(fā)展，美就是要造型美觀、色彩鮮艷、華麗而不俗；輕就是要自重輕、騎行輕；牢就是要強(qiáng)度高；新就是要款式新、品種多；廉就是要成本低、競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。這就要求我們的自行車設(shè)計(jì)生產(chǎn)要“與時(shí)俱進(jìn)”，不斷的采用更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，與時(shí)代同行，與國(guó)際接軌。我國(guó)雖然是自行車生產(chǎn)的大國(guó)，但是大部分都處于借牌生產(chǎn)、貼牌代工的狀況，缺乏自主創(chuàng)新

22、能力，且大部分是一些比較常見(jiàn)的公路自行車（Road bicycle），在場(chǎng)地自行車（Track bicycle）、山地自行車（Mountain bike）、旅行自行車（Touring bicycle）等比較高檔的自行車領(lǐng)域涉及較少，即使在公路自行車領(lǐng)域也處于創(chuàng)新能力不夠，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)的困境，這顯然不利于我國(guó)自行車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，更不利于其參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。造成這種狀況的主要原因是我國(guó)的自行車生產(chǎn)沒(méi)有與先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程比較粗放，沒(méi)有做到“與時(shí)俱進(jìn)”，在自行車設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)顯得越來(lái)越重要。目前CAE(Computer Aided Education)技術(shù)是國(guó)際上比

23、較流行也是比較先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，在全球競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的形式下，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是產(chǎn)品性能和制造成本的競(jìng)爭(zhēng)，CAE技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)中顯示出了無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。利用CAE技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品的性能與安全可靠性進(jìn)行分析，并可對(duì)其未來(lái)的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行虛擬模擬，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的同時(shí)，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短研發(fā)設(shè)計(jì)周期，這正是我國(guó)自行車行業(yè)走出困境所需要的。由于自行車是依靠人體自身的驅(qū)動(dòng)力和騎車技能而行駛的，車架便成為承受自行車在行駛中所產(chǎn)生的來(lái)自使用者和道路的復(fù)雜沖擊載荷以及能否舒適、安全地運(yùn)載人體的重要結(jié)構(gòu)體，車架部件設(shè)計(jì)和制造精度的優(yōu)劣，將直接影響乘

24、騎的安全、平穩(wěn)和輕快，因而車架的強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)在自行車總體設(shè)計(jì)中非常重要。但自行車車架受力比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)帶有許多盲目性和不確定性，設(shè)計(jì)校核的周期較長(zhǎng)，一般還不能定量地分析車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，很容易造成車架的強(qiáng)度分配不合理，從而造成設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠，自行車產(chǎn)生破壞的情況時(shí)有發(fā)生，或者造成材料的浪費(fèi)，增加自行車的重量，影響其使用的輕便性，因此自行車車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重要。有限元分析是CAE技術(shù)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其在模型的分析模擬方面有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是現(xiàn)在應(yīng)用極為廣泛的一項(xiàng)先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。有限元分析軟件ANSYS出現(xiàn)已經(jīng)有近四十年的歷史了，但大多運(yùn)用于機(jī)械電子、航空航天、能源、交通運(yùn)輸、土木

25、建筑、水利、生物、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，在日常用品中使用較少，隨著人們對(duì)自行車要求的提高，以及自行車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，在自行車生產(chǎn)中引進(jìn)有限元分析顯得越來(lái)越重要。運(yùn)用有限元分析可以使自行車的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)始終處于可預(yù)見(jiàn)、可控制的狀態(tài)，并且可以模擬出各種路況下自行車的使用情況，從而設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)更加合理，款式更加新穎的自行車，這正是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法所缺失的。在自行車設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中引進(jìn)有限元分析可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短自行車的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，必將成為技術(shù)主流和發(fā)展趨勢(shì)。另外，車架作為自行車總成中最重要的承力結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是自行車中重量最重、占用材料最多的部分，不僅需要有足夠的剛度和剛度，而且要求其結(jié)構(gòu)輕便、外形美觀，

26、因此車架的設(shè)計(jì)在自行車總體設(shè)計(jì)中占有重要的地位。本文主要通過(guò)有限元軟件ANSYS對(duì)自行車車架進(jìn)行靜強(qiáng)度的分析，研究其在行駛過(guò)程中的受力情況并對(duì)車架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到改善受力情況，節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本的目的，通過(guò)對(duì)比，說(shuō)明有限元分析在車架設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中的重要意義。1.2 研究的內(nèi)容和方法本文主要通過(guò)上海飛翔自行車公司的一輛自行車為載體，在PROE2.0軟件中對(duì)其車架進(jìn)行三維造型，然后導(dǎo)入有限元軟件中，建立有限元模型，加載、求解，對(duì)其進(jìn)行靜強(qiáng)度的分析，通過(guò)分析的結(jié)果對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，說(shuō)明有限元分析在自行車生產(chǎn)的重要性。本文首先介紹了有限元的概念、原理、特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，然后以車架為具體的分析對(duì)象，

27、討論了利用ANSYS建立自行車車架模型的基本方法，以及如何將幾何模型轉(zhuǎn)化為可供分析計(jì)算的有限元模型。接著根據(jù)自行車的實(shí)際運(yùn)行情況，研究了車架的載荷和約束條件的實(shí)現(xiàn)方法，分析了車架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，為車架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)做了嘗試。根據(jù)有限元分析的結(jié)果，對(duì)該自行車車架進(jìn)行評(píng)估，為車架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了較準(zhǔn)確可靠的理論依據(jù)。圖1.1本文分析的基本流程本課題采用的研究方法：物理模型的建立：本文使用PROE2.0軟件系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)自行車車架的實(shí)際測(cè)繪建立其三維空間的幾何模型，然后導(dǎo)入ANSYS10.0軟件。形成有限元計(jì)算模型：依托大型有限元分析軟件ANSYS10.0根據(jù)自行車車架的特點(diǎn)，確定單元類型，進(jìn)

28、行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格的劃分對(duì)有限元分析的計(jì)算量和計(jì)算精度影響很大，一般情況下，網(wǎng)格劃分越細(xì)，計(jì)算精度越高，所需的計(jì)算機(jī)資源、計(jì)算時(shí)間也越多。在劃分時(shí)，應(yīng)在保證計(jì)算精度的同時(shí)，盡量減少網(wǎng)格數(shù)量。有限元計(jì)算及結(jié)果分析：確定約束和施加載荷后，利用有限元分析軟件對(duì)該車架進(jìn)行靜應(yīng)力分析，對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行校核。計(jì)算分析：進(jìn)行正確的計(jì)算和結(jié)果分析，給出研究對(duì)象的改進(jìn)方案，并與原方案進(jìn)行比較分析，得出結(jié)論。分析的基本流程如圖1.1所示：1.3 本章小結(jié)本章主要講述了自行車行業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)狀，我國(guó)自行車行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，車架在自行車中的總要性，在車架設(shè)計(jì)研發(fā)中引進(jìn)有限元分析的重要意義，以及本文的主要內(nèi)容和研究的思路、方法。

29、第三章 自行車車架有限元分析模型的建立第三章 自行車車架有限元分析模型的建立ANSYS中有兩種建立有限元模型的方法：實(shí)體建模和直接生成。使用實(shí)體建模，首先生成能描述模型的兒何形狀的兒何模型，然后指示ANSYS程序按照指定的單元大小和形狀對(duì)幾何體進(jìn)行網(wǎng)格劃分產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和單元。對(duì)于直接生成法，需要手工定義每個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置和單元的連接關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)對(duì)于規(guī)模較小的問(wèn)題才適于采用直接生成法，常見(jiàn)的問(wèn)題都需要先通過(guò)實(shí)體建模生成兒何模型，然后再對(duì)其劃分網(wǎng)格生成有限元模型。 在實(shí)體建模建立模型時(shí)，建立兒何模型和生成有限元模型這兩個(gè)步驟通常是交織進(jìn)行的。建立兒何模型的目的是生成有限元模型，在建立兒何模型時(shí)要考慮到有

30、限元模型的生成，生成有限元模型時(shí)如果出現(xiàn)問(wèn)題或者單元形狀不能滿足要求還需要對(duì)兒何模型進(jìn)行修改或者簡(jiǎn)化，因此這兩步通常要放在一起進(jìn)行考慮。ANSYS程序?yàn)橛脩籼峁┝讼铝猩蓛汉文Ｐ鸵约坝邢拊Ｐ偷姆椒ǎ篈NSYS中創(chuàng)建幾何模型；導(dǎo)入在其它CAD系統(tǒng)創(chuàng)建的模型；直接生成在通常情況下，對(duì)于非常復(fù)雜的不規(guī)則線、面或體，在ANSYS中建立其兒何模型將非常復(fù)雜。這時(shí)可以采用在熟悉的專用的CAD系統(tǒng)中建立兒何模型，然后通過(guò)ANSYS提供的接日導(dǎo)入到ANSYS中，進(jìn)行一些處理后得到適用的模型。ANSYS支持的接口通常包括：IGES/CATIA/Pro/E/UG/SAT/PARA/IDEAS可以在專用的CAD系

31、統(tǒng)建立模型后通過(guò)適當(dāng)?shù)慕涌冢瑢⒛Ｐ蛯?dǎo)入到ANSYS當(dāng)中，建立有限元模型。本文采用第二種方法，先在PROE2.0中建立車架的三維實(shí)體模型，然后導(dǎo)入ANSYS10.0中。3.1 三維實(shí)體模型的建立3.1.1 PROE簡(jiǎn)介PROE是世界上最成功的CAD軟件之一，是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品。1985年，PTC公司成立于美國(guó)波士頓，開(kāi)始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展，PRO/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。該軟件的總體設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)了MDA (Mechanical Design Automation)軟件的最新發(fā)展，所采用的新技術(shù)比

32、其他的MDA軟件更加具有代表性。下面就Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。2.1.1 全相關(guān)性（Full Associability）PROE各模型建立在一個(gè)真正統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，各模塊之間是全相關(guān)的，如該系統(tǒng)處理三維實(shí)體、二維工程圖、截面圖、總裝配以及在分析、仿真加工零件的工藝規(guī)程等各類數(shù)據(jù)時(shí)是嚴(yán)格一體化的，同時(shí)修改后的尺寸都會(huì)反映到從設(shè)計(jì)到加工的各個(gè)過(guò)程，以確保所有零件和各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)一致性。2.1.2 實(shí)體造型（Solid Modeling）在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)相比，PROE設(shè)計(jì)產(chǎn)品是基于三維實(shí)體而非傳統(tǒng)的二維點(diǎn)、線、面；在PROE中模型有一些工

33、程特征雕砌而成，而非繪制而成的。它可以在完成實(shí)體造型后再嚴(yán)格的投影關(guān)系產(chǎn)生三視圖和其他需要的三維視圖，因而生成的二維工程圖也是幾何上沒(méi)有錯(cuò)誤的。2.1.3 基于特征的參數(shù)化造型（Parameterized modeling based on the characteristics）特征造型是目前公認(rèn)的幾何造型的發(fā)展趨勢(shì)，在PROE中實(shí)體模型都是有一些工程特征組合而成的。該系統(tǒng)的PROE/Feature模塊提供了拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、過(guò)渡、孔、槽、扭曲、圓角、倒角、抽殼、拔模斜度、自由變形、管道、變截面掃略等眾多的特征和特征構(gòu)造方法，這些都為用戶提供了設(shè)計(jì)非常復(fù)雜曲面或?qū)嶓w模型的強(qiáng)有力的工具，裝配、

34、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。另外，PROE還允許用戶自己定義特征UFD（User-defined characteristics），用戶可以通過(guò)它建立自己的特征庫(kù)。2.1.4 數(shù)據(jù)庫(kù)的再利用（Database of reuse）加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研制，正是專門(mén)用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，

35、因而使之成為可能。工程數(shù)據(jù)庫(kù)的再利用可以讓設(shè)計(jì)者快速生成整個(gè)產(chǎn)品系列。例如在完成了一個(gè)零件的設(shè)計(jì)之后，可以使用family table，將零件的尺寸特征等設(shè)為變量，然后給這些變量賦值，就可以生成與原始零件基本相同，但尺寸和某些特征不同的新零件。 3.1.2 車架模型分析自行車的車架主要有薄壁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)鋼組成，大多是管狀結(jié)構(gòu)，并且是左右對(duì)稱的，可以在PRONT面上草繪出基本的結(jié)構(gòu)，然后用掃描伸出項(xiàng)特征沿著繪出的曲線掃描出車架的基本結(jié)構(gòu)。后叉的結(jié)構(gòu)在兩個(gè)不同的平面上，先建立兩個(gè)平面，然后畫(huà)出其基本結(jié)構(gòu)的曲線，分別用掃描混合 / 伸出項(xiàng)和掃面混合 / 切口特征做出后叉，前叉沒(méi)有在一個(gè)面上，要在兩個(gè)面

36、上做出其曲線，生成空間曲線，再用用掃描混合/伸出項(xiàng)和掃面混合 / 切口特征即可做出前叉?；窘Y(jié)構(gòu)做完之后，根據(jù)實(shí)際情況，做出前叉后叉的開(kāi)口，車把，連接部位的圓角等就完成了車架的幾何造型。3.1.3 車架模型的建立根據(jù)上面的建模步驟，用測(cè)繪工具完成對(duì)自行車車架的測(cè)繪，然后在PROE2.0中建立車架的三維實(shí)體模型，并根據(jù)實(shí)際車架進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模L出的車架模型如圖3.1所示。圖3.1自行車車架的三維實(shí)體 圖3.2 簡(jiǎn)化后的自行車模型由于有限元模型和三維實(shí)體模型不同，有限元模型中沒(méi)有實(shí)體中的點(diǎn)、線、面等特征，只有節(jié)點(diǎn)和單元。在進(jìn)行三維實(shí)體設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮實(shí)際的情況和后來(lái)劃分網(wǎng)絡(luò)的要求，對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)

37、化，如倒圓角，小角度過(guò)渡等。由于本文只是對(duì)車架進(jìn)行靜強(qiáng)度的分析，借以說(shuō)明有限元方法在車架設(shè)計(jì)中的重要意義，故在不影響總體結(jié)構(gòu)的前提下，可以對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的模型如圖3.2所示。2.2 有限元分析理論及ANSYS簡(jiǎn)介2.2.1 有限元的基本概念和原理有限元是數(shù)學(xué)、力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)相互滲透、綜合利用的邊緣科學(xué)，是現(xiàn)代科學(xué)和工程計(jì)算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是將一個(gè)連續(xù)的實(shí)際結(jié)構(gòu)(彈性連續(xù)體)劃分為一組有限個(gè)、且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體進(jìn)行研究。這些單元僅在節(jié)點(diǎn)處連接，單元之間的載荷也僅由節(jié)點(diǎn)傳遞。這個(gè)把連續(xù)體劃分為離散結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱為有限元的離散化，也叫單元?jiǎng)澐?/p>

38、。有限個(gè)的單元稱為有限單元，簡(jiǎn)稱單元。利用離散而成的有限元集合體代替原來(lái)的彈性連續(xù)體，建立近似的力學(xué)模型，對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，通過(guò)對(duì)這些單元分別進(jìn)行分析，建立其位移與內(nèi)力之間的關(guān)系，以變分原理為工具，將微分方程化為代數(shù)方程，再將單元組裝成結(jié)構(gòu)，形成整體結(jié)構(gòu)的剛度方程。離散后單元節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、性質(zhì)和數(shù)目應(yīng)根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計(jì)算精度而定(一般情況下，單元?jiǎng)澐衷郊?xì)則描述變形情況越精確，即越接近實(shí)際變形，但計(jì)算量也越大)。所以有限元法中分析的結(jié)構(gòu)己不是原有的物體或結(jié)構(gòu)物，而是同樣材料的由眾多單元以一定方式連結(jié)成的離散物體。這樣做的結(jié)果造成用有限元分析計(jì)算所獲得的結(jié)果只能是近似的。離散

39、化是有限元方法的基礎(chǔ)，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，決定單元的類型、數(shù)目、形狀、大小以及排列方式。這樣做的目的是：將結(jié)構(gòu)分割成足夠小的單元，使得簡(jiǎn)單位移模型能足夠近似地表示精確解，同時(shí)又不能太小，否則計(jì)算量很大。分析過(guò)程中首先從單元分析入手，確定單元內(nèi)的位移、應(yīng)變、應(yīng)力模式，并確定單元節(jié)點(diǎn)力與單元節(jié)點(diǎn)位移的關(guān)系，建立單元?jiǎng)偠染仃嚒８鶕?jù)離散化結(jié)構(gòu)的聯(lián)接方式，將各個(gè)單元?jiǎng)偠染仃囘M(jìn)行組集，得到反映整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程。通過(guò)求解該剛度方程可以得出各個(gè)單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系可以求出單元應(yīng)力及其應(yīng)變?？梢?jiàn)，有限元分析的主要內(nèi)容是:單元離散化、單元分析、整體分析。由于計(jì)算機(jī)的求解方程

40、組的能力非常強(qiáng)大，構(gòu)造模型又非常準(zhǔn)確，因而有限元法在計(jì)算機(jī)上使用極為普遍。有限元方法計(jì)算精度高，速度快，可縮短設(shè)計(jì)試制周期和降低成本。目前，優(yōu)秀的繪圖系統(tǒng)軟件都配有有限元分析程序窗口。當(dāng)圖形繪制完畢，可立即進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。通過(guò)不斷修改圖形和反復(fù)計(jì)算，能夠使設(shè)計(jì)質(zhì)量大幅度提高。有限元法可用于各種模擬和分析方法中，在固體力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械工程、土木工程、電氣工程等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于其所涉及問(wèn)題和算法基本上都是來(lái)源于工程實(shí)際，應(yīng)用于工程中，其解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力愈來(lái)愈強(qiáng)。在汽車領(lǐng)域，有限元法可用于建立汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)模型，還可以用于設(shè)計(jì)的剛度與變形分析、設(shè)計(jì)的應(yīng)力與疲勞分析

41、、碰撞模擬和塑性變形分析等。2.2.2 有限元方法的特點(diǎn)有限元能夠得到迅速的發(fā)展與越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，除了電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展提供了充分有利的條件外，還與有限元法所具有的優(yōu)越性是分不開(kāi)的，綜合來(lái)說(shuō)，有限元法的優(yōu)點(diǎn)有:有限元法能夠完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的分析，它利用離散化將無(wú)限自由度的連續(xù)體力學(xué)問(wèn)題變?yōu)橛邢迒卧?jié)點(diǎn)參數(shù)的計(jì)算，并將整個(gè)系統(tǒng)的方程轉(zhuǎn)換成一組線性聯(lián)立方程，從而可以用多種方法對(duì)其求解，雖然它的解是近似的，但適當(dāng)選擇單元的形狀于大小，可使近似解達(dá)到滿意的精度。引入邊界條件的方法簡(jiǎn)單，邊界條件不進(jìn)入單個(gè)有限元單元的方程，而是在得到整體代數(shù)方程后再引入邊界條件，這樣內(nèi)部和邊界上的單元都能夠采用相同的場(chǎng)變

42、量模型。而且當(dāng)邊界條件改變時(shí)，內(nèi)部場(chǎng)變量模型不需要改變。有限元法不僅適應(yīng)與復(fù)雜的幾何形狀和邊界條件，而且能處理各種復(fù)雜的材料性質(zhì)問(wèn)題，另外還可解決非均值連續(xù)介質(zhì)的問(wèn)題。有限元法考慮了物體的多維連續(xù)性，不僅在離散過(guò)程中把物體看成是連續(xù)的，而且不需要用分別的插值過(guò)程把近似解推廣到連續(xù)體中的每一點(diǎn)。有限元法通常采用矩陣表達(dá)形式，非常便于編制計(jì)算機(jī)程序，從而適應(yīng)于電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算工作。該方法能夠在不同層面上得到闡釋或理解。對(duì)有較深數(shù)學(xué)知識(shí)的人來(lái)說(shuō)，完全可以用數(shù)學(xué)語(yǔ)言來(lái)描述，并獲得嚴(yán)格推理。而對(duì)一般人來(lái)說(shuō)，可以只從物理層面上得到理解。2.2.3 有限元的發(fā)展趨勢(shì)有限元分析理論的逐步成熟主要經(jīng)歷了三個(gè)階段

43、:上世紀(jì)60年代的探索發(fā)展期，七八十年代的獨(dú)立發(fā)展、專家應(yīng)用期和90年代與CAD相輔相成的共同發(fā)展、推廣使用時(shí)期。隨著有限元分析技術(shù)和計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的發(fā)展，有限元的應(yīng)用領(lǐng)域得到極大的擴(kuò)展。當(dāng)今國(guó)際上FEA方法和軟件發(fā)展呈現(xiàn)出以下一些趨勢(shì)特征:由單純的結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算發(fā)展到求解許多物理場(chǎng)問(wèn)題有限元分析方法最早是從結(jié)構(gòu)化矩陣分析發(fā)展而來(lái)，逐步推廣到板、殼和實(shí)體等連續(xù)體固體力學(xué)分析。實(shí)踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法，而且從理論上也己經(jīng)證明，只要用于離散求解對(duì)象的單元足夠小，所得的解就可足夠通近精確值。所以近年來(lái)有限元法已發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場(chǎng)、電傳導(dǎo)、磁場(chǎng)、滲流和聲場(chǎng)等問(wèn)題的求解計(jì)算，進(jìn)而發(fā)展到求

44、解幾個(gè)交叉學(xué)科的問(wèn)題。由求解線性工程問(wèn)題進(jìn)展到分析非線性問(wèn)題 現(xiàn)在用于求解結(jié)構(gòu)線性問(wèn)題的有限元方法和軟件己經(jīng)比較成熟，發(fā)展的方向是結(jié)構(gòu)非線性、流體動(dòng)力學(xué)和禍合場(chǎng)問(wèn)題的求解。眾所周知，非線性的數(shù)值計(jì)算是很復(fù)雜的，它涉及到很多專門(mén)的數(shù)學(xué)問(wèn)題和運(yùn)算技巧，一般工程技術(shù)人員很難掌握。為此，近年來(lái)國(guó)外一些公司花費(fèi)了大量的人力和投資，開(kāi)發(fā)出諸如MARC，ABQUS和ADINA等求解非線性問(wèn)題的有限元分析軟件，并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。這些軟件的共同特點(diǎn)是具有高效的非線性求解器以及豐富和實(shí)用的非線性材料庫(kù)。由于有限元的應(yīng)用越來(lái)越深入，人們關(guān)注的問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜，有些問(wèn)題需要幾種場(chǎng)合(如對(duì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)和流場(chǎng))的有限元分析結(jié)

45、果交叉迭代求解，故藕合場(chǎng)的求解必定成為CAE軟件的發(fā)展方向。程序面向用戶的開(kāi)放性隨著商業(yè)化的提高，各軟件開(kāi)發(fā)商為了擴(kuò)大自己的市場(chǎng)份額，滿足用戶的需求，在軟件的功能、易用性等方面花費(fèi)了大量的投資，但由于用戶的要求千差萬(wàn)別，不管他們?cè)鯓优σ膊豢赡軡M足所有用戶的要求，因此必須給用戶一個(gè)開(kāi)放的環(huán)境，允許用戶根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)軟件進(jìn)行擴(kuò)充，包括用戶自定義單元特性、用戶自定義材料本構(gòu)(結(jié)構(gòu)本構(gòu)、熱本構(gòu)、流體本構(gòu))、用戶自定義流場(chǎng)邊界條件、用戶自定義結(jié)構(gòu)斷裂判據(jù)和裂紋擴(kuò)展規(guī)律等。與CAD軟件的無(wú)縫集成當(dāng)今有限元分析系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是與通用CAD軟件的集成使用，即:在用CAD軟件完成零部件的造型設(shè)計(jì)后，自

46、動(dòng)生成有限元網(wǎng)格并進(jìn)行計(jì)算。如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求，可以重新進(jìn)行造型和計(jì)算，直到滿足要求為止，這極大地提高了設(shè)計(jì)的水平和效率。所以，當(dāng)今所有的商業(yè)化有限元軟件商都開(kāi)發(fā)了與著名的CAD軟件的接口，例如PROE， UG， Solid Works， I-DEAS和AutoCAD。更為強(qiáng)大的網(wǎng)格處理能力由于結(jié)構(gòu)離散后的網(wǎng)格質(zhì)量直接影響到求解時(shí)間及求解結(jié)果的正確與否，近年來(lái)各軟件開(kāi)發(fā)商都加大了其在網(wǎng)格處理方面的投入，使網(wǎng)格生成的質(zhì)量和效率都有了很大的提高，但在有些方面卻一直沒(méi)有得到改進(jìn)，如對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃分和根據(jù)求解結(jié)果對(duì)模型進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，除了個(gè)別商業(yè)軟件做得較好外，大多數(shù)

47、分析軟件仍然沒(méi)有此功能。自適應(yīng)性網(wǎng)格劃分是指在現(xiàn)有網(wǎng)格基礎(chǔ)上，根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果估計(jì)計(jì)算誤差、重新劃分網(wǎng)格和再計(jì)算的一個(gè)循環(huán)過(guò)程。對(duì)于許多工程實(shí)際問(wèn)題，在整個(gè)求解過(guò)程中，模型的某些區(qū)域?qū)?huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)變，引起單元畸變，從而導(dǎo)致求解不能進(jìn)行下去或求解結(jié)果不正確，因此必須進(jìn)行網(wǎng)格自動(dòng)重劃分。自適應(yīng)網(wǎng)格往往是許多工程問(wèn)題如裂紋擴(kuò)展、薄板成形等大應(yīng)變分析的必要條件。2.3 ANSYS軟件介紹目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的有限元軟件有ANSYS，I-DEAS，ALGOR，ABACUS，MARL等，其中ANSYS以其自身的特點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛。近些年已開(kāi)始逐漸被引入到機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析計(jì)算和設(shè)計(jì)上來(lái)。2.3.1

48、ANSYS在有限元軟件中的地位在世界各地的各行業(yè)，ANSYS獲得了廣泛應(yīng)用，并取得了成功。波音公司的747客機(jī)、Kids Toys公司的兒童滑梯、Motorola公司的Star/TAC手機(jī)、殼牌潤(rùn)滑油油桶、阿爾斯通的高速列車、各大汽車公司的各類汽車，甚至Wilson公司的INVEX高爾夫球桿、FMC公司的通心粉生產(chǎn)線、Black Decker公司的蒸汽電熨斗等等，都有ANSYS立下的汗馬功勞。2.3.2 ANSYS的發(fā)展和特點(diǎn)1970年，John Swanson博士在美國(guó)賓夕法亞洲的匹茲堡創(chuàng)建了ANSYS公司，并與1971年推出ANSYS的第一個(gè)版本2. 0。這與現(xiàn)在應(yīng)用于微機(jī)上的版本相比己有

49、了很大的不同，它僅提供了熱分析及線性結(jié)構(gòu)分析功能，只是一個(gè)批處理程序，且只能在大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。在20世紀(jì)70年代初期，ANSYS程序中加入了許多新的技術(shù)，如非線性、子結(jié)構(gòu)及更多的單元類型，從而使程序具有更強(qiáng)的通用性。20世紀(jì)70年代后期，交互方式的加入大大簡(jiǎn)化了模型生成和結(jié)果評(píng)價(jià)。在進(jìn)行分析之前，可用交互式圖形來(lái)驗(yàn)證模型的幾何形狀、材料及邊界條件。在分析完成之后立即可用交互式圖形來(lái)分析檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果。現(xiàn)在，ANSYS程序的功能更加強(qiáng)大和完善，使用也更加的便利。同時(shí)，還提供了強(qiáng)大和完整的聯(lián)機(jī)說(shuō)明和系統(tǒng)詳細(xì)的聯(lián)機(jī)幫助系統(tǒng)，是用戶能夠不斷的深入學(xué)習(xí)并完成一些深入的課題。 ANSYS的基本特點(diǎn)可以概括

50、為3個(gè)“強(qiáng)大”:強(qiáng)大的前處理能力、強(qiáng)大的加載求解能力和強(qiáng)大的后處理能力。另外，良好的開(kāi)放性使得用戶能夠在ANSYS系統(tǒng)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展新的功能。強(qiáng)大的前處理能力 強(qiáng)大的前處理能力主要包括強(qiáng)大的幾何建模能力、強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分能力、強(qiáng)大的參數(shù)設(shè)置功能和與CAD軟件的無(wú)縫集成能力。在幾何建模上，ANSYS不僅具有依次生成點(diǎn)、線、面和體的自底向上建模方式，還具有通過(guò)幾何體素和采用布爾運(yùn)算而生成幾何模型的自頂向下建模方式。進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，ANSYS主要有自由網(wǎng)格劃分和映射網(wǎng)格劃分兩種方式。針對(duì)不同的幾何體，ANASY還有拖拉網(wǎng)格、層網(wǎng)格劃分、局部細(xì)化等方法。 此外，ANSYS開(kāi)發(fā)了與CAD軟件(如Pr

51、o/E， UG,，Solid Works， AutoCAD等)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的雙向交換，從而實(shí)現(xiàn)了ANSYS與這些軟件的無(wú)縫集成。強(qiáng)大的加載求解能力在ANSYS中，包括位移、力、溫度等在內(nèi)的任何載荷均可直接施加在任意幾何實(shí)體或者有限元實(shí)體上，載荷可以是具體數(shù)值，也可以是與時(shí)間或者是坐標(biāo)有關(guān)的任意函數(shù)。求解時(shí)有多種求解器可供選擇。強(qiáng)大的后處理能力 利用ANSYS可以獲得任何節(jié)點(diǎn)、單元的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)具有列表輸出、圖形顯示、動(dòng)畫(huà)模擬等多種數(shù)據(jù)輸出形式。此外時(shí)間歷程分析功能可以對(duì)載荷進(jìn)行疊加分析計(jì)一算。2.3.3 ANSYS的分析步驟ANSYS分析過(guò)程中包含三個(gè)主要的步驟，如圖2.1所示:圖

52、2.1 ANSYS的分析流程創(chuàng)建有限元模型：指定工作文件名和標(biāo)題名；創(chuàng)建或者讀入幾何模型；定義材料屬性；劃分網(wǎng)絡(luò)（節(jié)點(diǎn)和單元）。施加載荷和求解：定義分析類型和設(shè)置分析選項(xiàng)；施加載荷及載荷選項(xiàng)、設(shè)定約束條件；選擇求解方法；求解。結(jié)果后處理和結(jié)果查看：查看分析結(jié)果；檢驗(yàn)結(jié)果（分析是否正確）分析3.2 車架有限元模型的建立在利用ANSYS有限元進(jìn)行有限元分析時(shí)，有限元的建模耗費(fèi)了工程技術(shù)人員大量的時(shí)間。雖然ANSYS本身具有建模功能，但是其建模的能力非常有限，只能處理一些簡(jiǎn)單的模型。而PROE擁有強(qiáng)大的參數(shù)處理能力，充分利用PROE能夠快速準(zhǔn)確建模的優(yōu)點(diǎn)，可以很快的解決ANSYS建模能力不足的缺點(diǎn)。

53、許多工程技術(shù)人員就是利用PROE建模，通過(guò)PROE和ANSYS之間的圖形接口將模型導(dǎo)入ANSYS，然后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，加載和求解，簡(jiǎn)化分析工作。3.2.1 PROE和ANSYS的接口ANSYS2.0和PROE有兩種連接方式：通過(guò)IGES中間標(biāo)準(zhǔn)格式文件轉(zhuǎn)換；通過(guò)ANSYSPROE接口軟件轉(zhuǎn)換。IGES(The Initial Graphics Exchange Specification基本圖形交換規(guī)范標(biāo)準(zhǔn))是1981年有ANSI（ American National Standards Institute美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)）公布為美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。IGES是一種普遍接受的中間標(biāo)

54、準(zhǔn)格式，用來(lái)在不同的CAD和CAE系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)共享。ANSYS內(nèi)置了IGES轉(zhuǎn)換過(guò)濾器，它支持IGES格式文件的輸入。在PROE中可以方便的建立PRT文件另存為IGES文件副本。因此通過(guò)IGES格式進(jìn)行兩個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)比較常用的方法，且比較容易實(shí)現(xiàn)。具體的做法為：在PROE中建模完成后，點(diǎn)擊菜單中的“文件”/“保存副本”，彈出保存副本對(duì)話框，如圖3.3所示。選擇保存路徑，在文件類型列表框中選擇“IGES(*.igs)”，然后點(diǎn)確定。圖3.3 IGES文件轉(zhuǎn)換對(duì)話框在ANSYS中，點(diǎn)擊菜單欄File/Import/IGES，如圖3.4所示。彈出Import IGES對(duì)話框，如圖3

55、.5所示。選擇Defeature model選項(xiàng)。點(diǎn)擊OK，彈出下一個(gè)import IEGS File對(duì)話框，如圖3.6所示：點(diǎn)擊Browse,彈出IEGS文件選擇對(duì)話框，如圖3.7所示：選擇剛生成的副本，就成功的把PROE文件導(dǎo)入了ANSYS中。圖3.4導(dǎo)入文件下拉菜單3.5 Import IGES File對(duì)話框（1）圖3.6 Import IGES File對(duì)話框（2）3.7 IGES選項(xiàng)對(duì)話框雖然IGES作為一種表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)換成文件格式的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在開(kāi)發(fā)維護(hù)方面與專用的轉(zhuǎn)換軟件相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。但也存在著一些缺陷：首先IGES沒(méi)有規(guī)范化的模型，表達(dá)結(jié)構(gòu)及某些幾何模型時(shí)較為復(fù)雜，容易

56、導(dǎo)致轉(zhuǎn)換不穩(wěn)定的現(xiàn)象。其次IGES的80列文件格式使得文件過(guò)于冗長(zhǎng)。此外由于這些文件的數(shù)據(jù)安排方式相當(dāng)復(fù)雜，以至于難以被人理解，因此如果文件出錯(cuò)，很難將其找出修正。其次這種方法是間接進(jìn)行的，如果PROE中的文件建立的模型特征過(guò)多或者結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，生成的IGES文件會(huì)丟掉很多的特征，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整，導(dǎo)入ANSYS后會(huì)影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)PROEANSYS接口軟件設(shè)計(jì)ANSYS軟件內(nèi)嵌了對(duì)PROE的支持，他不僅將PROE模型數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換給ANSYS，同時(shí)也提供了以執(zhí)行部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能。該功能允許由部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化PROE模型開(kāi)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)

57、束，而且仍是以部件為基礎(chǔ)的參數(shù)化模型?？梢越o工程技術(shù)人員在有限元分析中采用何種后處理提供良好的支持。它可以快速準(zhǔn)確的傳遞數(shù)據(jù)，可以方便的修改模型，對(duì)于ANSYS的后處理也是很有幫助的。PROEANSYS接口的設(shè)置方法為：運(yùn)行“開(kāi)始”/“所有程序”/ANSYS 10.0/Utilities/ANS_ADMIN 10.0,彈出ANS_ADMIN 10.0對(duì)話框，如圖3.8所示。圖3.8 ANS_ADMIN 10.0對(duì)話框選擇Configuration options選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK，彈出Configuration options對(duì)話框，如圖3.9所示。圖3.9 Configuration optio

58、ns對(duì)話框選擇Configure Connection for PROE選項(xiàng)，彈出Configure ANSYS Connection for PRO/E對(duì)話框，如圖3.10所示。圖3.10 Configure ANSYS Connection for PRO/E對(duì)話框選擇ANSYS Produce：為“ANSYS Metaphysics”；選擇Graphics device name為“Win 32”,如圖3.10所示。點(diǎn)擊OK，彈出PRO/Engineer installation information對(duì)話框，如圖3.11所示。圖3.11 PRO/Engineer installatio

59、n information對(duì)話框在ProEngineer installation path中輸入PROE的安裝路徑：C:Program FilesproeWildfire 2.0，在Language used with Pro/Engineer:中使用默認(rèn)的“usascii”,如圖3.11所示。點(diǎn)擊OK，彈出ANSYS配置成功的消息框，見(jiàn)圖3.12所示。圖3.12 ANSYS系統(tǒng)配置文件創(chuàng)建成功對(duì)話框運(yùn)行PROE，點(diǎn)擊“工具”/“選項(xiàng)”對(duì)話框，如圖3.12所示，找到所需的選項(xiàng)名稱，設(shè)置相應(yīng)的值，完成對(duì)的設(shè)置。文件的配置上述配置完成之后，在PROE主菜單

60、上增加了ANSYS10.0的菜單，如圖3.13所示。建模完成后，點(diǎn)擊ANSYS10.0/ANSYSGeom即可自動(dòng)啟動(dòng)ANSYS，將模型直接傳到ANSYS中。ANSYS啟動(dòng)后，點(diǎn)擊菜單欄Plot/Volumes，便可看到完整的模型。圖3.13 PROE工具欄上的ANSYS10.0菜單3.2.2單元類型的選擇 在生成節(jié)點(diǎn)和劃分網(wǎng)格之前，通常都要指定所分析對(duì)象的特征，即定義單元類型。主要包括3個(gè)基本類型的常數(shù)定義:單元類型定義(Element Type)，實(shí)常數(shù)定義(Real Constant)，以及材料屬性定義(Material Attributes)。為了定義單元類型首先要建立一些單元屬性表，