ANSYS Workbench平臺的協(xié)同仿真技術(shù)及應(yīng)用

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1、ANSYSWorkbench平臺的協(xié)同仿真技術(shù)及應(yīng)用劉學(xué)輝（成都錦江機電制造公司成都610051）摘要：通過有限元分析軟件ANSYSWorkbench平臺的協(xié)同仿真技術(shù)介紹，匯總得出協(xié)同仿真的基本流程，并用實例分析說明其在產(chǎn)品開發(fā)過程中的應(yīng)用及注意事項。關(guān)鍵詞：協(xié)同仿真ANSYSWorkbench技術(shù)及應(yīng)用1引言隨著計算機輔助工程CAE技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用發(fā)展，在提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期、節(jié)約成本方面發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，CAE分析的對象已由單一的零部件分析拓展到系統(tǒng)級的裝配體。同時，分析的領(lǐng)域也不再局限于結(jié)構(gòu)力學(xué)，已涉及流體力學(xué)、熱

2、力學(xué)、電磁學(xué)、多場耦合等多物理場。而且，CAE分析也不再是專職分析人員的工作，設(shè)計人員參與CAE分析已經(jīng)成為必然[1]。CAE技術(shù)發(fā)展到今天，如何實現(xiàn)設(shè)計與仿真的無縫對接，設(shè)計與仿真的協(xié)同工作成為所有仿真工具必須面臨的課題。ANSYSWorkbench協(xié)同仿真技術(shù)的出現(xiàn)使一個集成化的仿真平臺成為可能，使CAE工作早期介入物理樣機?；贏NSYSWorkbench平臺的協(xié)同仿真技術(shù)在我公司技術(shù)開發(fā)工作中尚處于起步階段，但越來越多的設(shè)計開發(fā)人員開始重視ANSYSWorkbench平臺下的協(xié)同仿真技術(shù)在設(shè)計開發(fā)階段的應(yīng)用。為此，本文將應(yīng)用ANSYSWork

3、bench平臺進行協(xié)同仿真的流程和已取得成功應(yīng)用實例介紹給大家。2協(xié)同仿真簡介ANSYSWorkbench不僅繼承了經(jīng)典平臺（ANSYSClassic）在有限元分析上的所有功能，還能真正提供協(xié)同環(huán)境。Workbench的CAD/CAE協(xié)同環(huán)境可以很好地實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計、仿真分析的協(xié)同管理，可以幫助技術(shù)人員在同一軟件環(huán)境下完成設(shè)計開發(fā)過程中的所有工作。ANSYSWorkbench的協(xié)同仿真通過圖形轉(zhuǎn)換模塊以嵌入式實現(xiàn)，同時能對參數(shù)關(guān)系、裝配關(guān)系自動識別。通過轉(zhuǎn)換模塊，充分發(fā)揮Pro/E、UG、Catia、SolidWorks、SolidEdge、Inve

4、nter等CAD軟件的幾何建模功和ANSYS的分析求解功能。CAD軟件中對模型的修改能直接映射到Workbench中，Workbench中分析、優(yōu)化后的結(jié)果也能直接映射到CAD模型中。免去文件格式轉(zhuǎn)換帶來的麻煩和可能出現(xiàn)的缺損，也免去CAD模型修改給仿真環(huán)境設(shè)置帶來重復(fù)設(shè)置的麻煩和可能出現(xiàn)的錯誤。各部門的設(shè)計、分析和試驗人員可以實現(xiàn)協(xié)同研發(fā)、數(shù)據(jù)共享與交換，使產(chǎn)品研發(fā)流程化和數(shù)字化，大大提高設(shè)計研發(fā)效率，提高管理水平。ANSYSWorkbench環(huán)境中，CAD模型經(jīng)過網(wǎng)格劃分、施加載荷工況與邊界條件后可調(diào)用其他-4-CAE軟件作為求解器進行調(diào)用執(zhí)行仿

5、真分析，并允許進行優(yōu)化設(shè)計。根據(jù)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計規(guī)范，還可進行二次開發(fā)，如參數(shù)化程序設(shè)計、客戶化定制等。仿真分析數(shù)據(jù)流見圖1所示。3協(xié)同仿真應(yīng)用3.1實例1：切管機搖臂的參數(shù)優(yōu)化為實現(xiàn)ANSYSWorkbench與Pro/E、UG、Catia、SolidWorks、SolidEdge等CAD軟件的協(xié)同仿真，在安裝ANSYS軟件時必須安裝鏈接器。由于CAD模型中只有以“ds_”開頭的尺寸才能傳遞到ANSYSWorkbench下的simulation和DesignXplorer模塊中，所以，應(yīng)先在CAD軟件中對CAD模型的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，然后才能在ANS

6、YSWorkbench中進行優(yōu)化。當然，若不能實現(xiàn)“ds_”格式設(shè)置的CAD軟件中的CAD模型就不能在ANSYSWorkbench中進行優(yōu)化。FEA分析求解Workbench轉(zhuǎn)換模塊CAD鏈接器參數(shù)管理器ANSYSAPI結(jié)構(gòu)靜力疲勞結(jié)構(gòu)動力分析電磁熱力耦合二次開發(fā)優(yōu)化其他求解器FEM結(jié)果零件裝配參數(shù)FEM模型分析優(yōu)化參數(shù)CAD軟件Pro/E、SolidWorks、UG、SolidEdge、Catia、InventerCAD模型圖1基于ANSYSWorkbench的協(xié)同仿真數(shù)據(jù)流切管機搖臂的參數(shù)優(yōu)化是樣機試驗時提出的。樣機試驗時，通過分析發(fā)現(xiàn)，切管機切

7、管時出現(xiàn)跑管問題的主要原因是搖臂工作時的綜合變形偏大。為此，使用UG軟件造型并設(shè)置相關(guān)參數(shù)，通過鏈接功能進入到ANSYSWorkbench下的simulation和DesignXplorer中進行優(yōu)化分析，找到影響搖臂綜合變形的敏感部位和敏感尺寸并重新設(shè)計，取得了較好效果。優(yōu)化前后的搖臂設(shè)計見圖2及圖3。優(yōu)化后的搖臂增加了加強筋，同時根據(jù)參數(shù)優(yōu)化結(jié)果調(diào)整了加強筋的位置和尺寸，包括壁厚。圖2優(yōu)化前搖臂外形圖3優(yōu)化后搖臂外形-4-3.2實例2：液壓試驗臺裝配件的靜力分析液壓缸試驗臺裝配件的靜力分析是基于ANSYSWorkbench對CAD軟件中的裝配關(guān)系

8、自動識別完成的。ANSYSWorkbench中的接觸分為綁定（Bonded）、不分離（NoSeparatio