1、前言

　　ANSYS是一個(gè)以有限元分析為基礎(chǔ)的大型的多物理場(chǎng)工程仿真分析軟件， 有限元分析有三個(gè)主要的步驟:

　　第一步前處理，進(jìn)行幾何模型的建立、劃分有限元網(wǎng)格等工作;

　　第二步求解，在前處理中建立的數(shù)學(xué)模型上施加邊界條件并進(jìn)行分析計(jì)算;

　　第三步后處理，對(duì)求解得到的結(jié)果進(jìn)行顯示、觀察、進(jìn)一步的運(yùn)算等。

　　對(duì)于一個(gè)CAE軟件來說，用戶最為關(guān)心的應(yīng)該是:用這個(gè)軟件到底能解決我在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中遇到的哪些問題?各類問題的解決精度如何等等。ANSYS是一個(gè)通用有限元分析求解器。然而，ANSYS軟件的前處理即實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分、特別載荷的添加等能力較弱，致使一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜零件的模型建立及有限元?jiǎng)澐窒喈?dāng)困難甚至無法劃分，有些特定載荷不易施加，如:軸承力。

　　UG軟件具有三維實(shí)體建模、裝配建模，生成直觀可視的數(shù)字虛擬產(chǎn)品，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、仿真運(yùn)動(dòng)及載荷分析。其功能特點(diǎn)如下:

　　● 用造型來設(shè)計(jì)零部件，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)思想的直觀描述;

　　● 充分的設(shè)計(jì)柔性，使概念設(shè)計(jì)成為可能;

　　● 提供了輔助設(shè)計(jì)與輔助分析的完整解決方案;

　　● 圖形和數(shù)據(jù)的絕對(duì)一致及工程數(shù)據(jù)的自動(dòng)更新。

　　UG為三維實(shí)體建模軟件，同時(shí)具有自身的CAE功能，并且網(wǎng)格劃分、載荷與邊界條件的加載功能強(qiáng)大、方便。那么如何將UG與ANSYS的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，則是本文的目的。

　　2、UG的有限元處理與導(dǎo)出

　　2.1 UG NX 2的分析功能

　　UG軟件除具有強(qiáng)大的三維實(shí)體建模與裝配建模外，還具有較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查、仿真運(yùn)動(dòng)及載荷分析功能，現(xiàn)就結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行闡述。在UG 2.0軟件中有一個(gè)有限元分析模塊UG-Structures，在UG-Structures中，通過UG創(chuàng)建的三維實(shí)體模型可以很容易地創(chuàng)建各類有限元模型，如:4節(jié)點(diǎn)和10節(jié)點(diǎn)四面體、8節(jié)點(diǎn)和20節(jié)點(diǎn)六面體三維實(shí)體單元，3節(jié)點(diǎn)和6節(jié)點(diǎn)三角形、4節(jié)點(diǎn)和8節(jié)點(diǎn)四邊形二維平面單元，以及梁、桿及彈簧等一維單元，無論結(jié)構(gòu)如何復(fù)雜在UG中均可輕易進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?。但在ANSYS軟件中，如果結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，進(jìn)行有限元的直接劃分是很困難的，有時(shí)甚至是辦不到的，而在UG-Structures中則是非常容量的。另外，在載荷加載過程中，UG-Structures有著獨(dú)特的方法，如軸承載荷等可直接通過這種載荷的選項(xiàng)進(jìn)行加載，在ANSYS中沒有這種載荷的直接加載方法，要進(jìn)行較為復(fù)雜的轉(zhuǎn)換才能將這種載荷添加到相應(yīng)的位置上。

　　2.2 UG NX 2的有限元處理

　　在UG-Structures中進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?、施加材料參?shù)、載荷和邊界條件后，即可輸出為ANSYS的輸入格式文件*.INP。到目前為止，運(yùn)行通過的UG有UG-NX2、UG-NX3兩個(gè)版本，下面就各UG版本的具體使用方法分別闡述如下:

　　2.2.1 UG NX 2的使用方法

　　2.2.1.1 選擇解算器

　　在Scenario Navigator中選擇FE Model，如下左圖，繼而選擇解算器Solver，如下中圖，解算形式Solver有四種，Structures P.E.、NASTRAN、ANSYS及ABAQUS，設(shè)定解算形式Solver為ANSYS。

　　2.2.1.2 在UG NX 2中形成文件格式的設(shè)定

　　進(jìn)行有限元?jiǎng)澐?、施加材料參?shù)、載荷和邊界條件后，選擇解算Solver，彈出Solve對(duì)話框，如上右圖，其中的Submit項(xiàng)有Format/Solve、Format Only、Edit/Solve選項(xiàng)，我們指定Submit項(xiàng)為Format Only，然后OK，在同一目錄下形成同名的帶有擴(kuò)展名為INP的文本文件，該文本文件就是ANSYS的導(dǎo)入文件。

　　2.2.2.1 選擇解算形式、分析類型、解算類型及運(yùn)算法則

　　在進(jìn)入結(jié)構(gòu)分析程序Structural時(shí)，出現(xiàn)Create Solution提示對(duì)話框。

　　解算形式Solver有五種，NX NASTRAN、MSC NASTRAN、ABAQUS、Structures P.E和ANSYS。設(shè)定解算形式Solver為ANSYS，如下左圖。

　　分析類型Analysis Type有四種，Structural、Thermal、Axisymmetric Structural、Axisymmetric Thereal。根據(jù)需要設(shè)定分析類型為結(jié)構(gòu)分析Structural，如下右圖。

　　解算類型Solution Type有四種，Linear Statics、Modal、Buckling、Nonlinear Statics，根據(jù)需要設(shè)定解算類型為線性靜力學(xué)Linear Statics，如下左圖。

　　點(diǎn)擊展開按扭，如上右圖中的綠色下三角按扭，打開詳細(xì)對(duì)話框如下左圖。

　　運(yùn)算法則Algorithm有四種，F(xiàn)rontal、PCG、JCG、Sparse，根據(jù)需要設(shè)定運(yùn)算法則Algorithm為JCG。

　　2.2.2.2在UG中形成文件格式的設(shè)定

　　進(jìn)行有限元?jiǎng)澐帧⑹┘硬牧蠀?shù)、載荷和邊界條件后，選擇解算Solve，彈出如上右圖對(duì)話框，其中的Submit項(xiàng)有Solve、Export Solver Input File、Solve Existing Input File及Edit Existing Input File&Solve選項(xiàng)，我們指定Submit項(xiàng)為Export Solver Input File，然后OK，在同一目錄下形成同名的帶有擴(kuò)展名為INP的文本文件，該文本文件就是ANSYS的導(dǎo)入文件。

　　2.3格式化完成后，將產(chǎn)生如下一個(gè)*.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~1liuhLOCALS~1Temp

　　/ASSIGN，MODE，scenario_1，mode，C:DOCUME~1liuhLOCALS~1Temp

　　/ASSIGN，TRI，scenario_1，tri，C:DOCUME~1liuhLOCALS~1Temp

　　/ASSIGN，F(xiàn)ULL，scenario_1，full，C:DOCUME~1liuhLOCALS~1Temp

　　/ASSIGN，EMAT，scenario_1，emat，C:DOCUME~1liuhLOCALS~1Temp

　　/ASSIGN，ESAV，scenario_1，esav，C:DOCUME~1liuhLOCALS~1Temp

　　/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有限元導(dǎo)入

　　將UG-Structures生成的*.INP文件導(dǎo)入ANSYS，形成ANSYS的節(jié)點(diǎn)、單元及相應(yīng)的載荷，然后即可用ANSYS進(jìn)行問題的解算。具體步驟為，在ANSYS的File菜單項(xiàng)中選擇Read Input From ......，在彈出的Read File文件選擇對(duì)話框中選擇相應(yīng)的輸入文件*.INP，即UG-Structures的有限元導(dǎo)出文件，完成有限元及邊界條件的導(dǎo)入。需要指出的是UG導(dǎo)出的有限元文件只包含有限元數(shù)據(jù)，而不包含幾何模型數(shù)據(jù)，所以ANSYS導(dǎo)入的也只有有限元數(shù)據(jù)，而不包含幾何模型數(shù)據(jù)。

　　4、UG與ANSYS的單位制

　　UG與ANSYS各有自己的特殊單位制，在UG中輸入單位制為mm(毫米)、Kg(千克)、MPa(兆帕)、N(牛頓)， 導(dǎo)入到ANSYS后，單位制變成mm(毫米)、Kg(千克)、KPa(千帕)、mn(毫牛)。我們?cè)贏NSYS中通常使用的單位制為mm(毫米)、T(噸)、MPa(兆帕)、N(牛頓)。

　　所以要注意:利用ANSYS自身的單位制，得到的應(yīng)力單位為MPa(兆帕)，而從UG導(dǎo)入到ANSYS后，如不對(duì)單位制進(jìn)行改動(dòng)的話，得到的應(yīng)力單位為KPa(千帕)。

　　為適應(yīng)我們的單位制習(xí)慣，牽扯到的外載荷力、扭矩、彎矩等的單位需要做相應(yīng)的換算，即在UG中各參數(shù)按下列比例輸入:力N(牛)*1000、扭矩和彎矩N-mm(牛頓-毫米)*1000，材料參數(shù)待模型導(dǎo)入到ANSYS中后，在ANSYS中輸入，密度單位制T/mm3(噸/立方毫米)、彈性模量MPa(兆帕)，此時(shí)得出的應(yīng)力單位為MPa(兆帕)

　　5、結(jié)論

　　通過實(shí)際操作我們發(fā)現(xiàn)，在UG-Structures中進(jìn)行有限元?jiǎng)澐謺r(shí)，可以保留模型的細(xì)節(jié)，避免在ANSYS中進(jìn)行有限元?jiǎng)澐謺r(shí)不得不忽略掉有用的細(xì)節(jié)，從而解決了復(fù)雜模型在ANSYS中無法進(jìn)行有限元?jiǎng)澐值膯栴}，確保了計(jì)算的精確度。另外，解決了在ANSYS中無法直接施加軸承載荷的問題。

　　將UG強(qiáng)大的有限元前處理功能與ANSYS精確的解算器完美的結(jié)合，確保了有限元分析的精確度，解決了多年來令分析人員頭痛的解決不了的許多難題。