CN101727527B - 动力学分析软件与有限元分析软件间数据自动转换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力学分析与有限元分析软件之间数据自动转换的方法，包括以下步骤：启动有限元分析软件进行模型柔性化，输出模态中性文件MNF；启动动力学分析软件，加载虚拟样机模型，读取模态中性文件，进行运动学动力学分析，输出载荷文件；将载荷文件中的载荷施加到柔性体上对柔性体进行应力应变分析，输出应力应变数据；循环执行上述步骤，输出最佳工况和应力应变数据。本发明的数据自动转换的方法将有限元分析软件强大的有限元功能和动力学分析软件强大的动力学分析功能真正的集成联合运用，为完成机械系统的力学特性分析和工况条件分析提供了一种自动、简便、高效、可靠的实现手段。
Description
技术领域
本发明涉及机械设计领域，特别是涉及一种动力学分析与有限元分析软件之间数据自动转换的方法。
背景技术
目前，数字化工程设计软件不少，它们各自适用于不同的专业技术领域，即使属于同一领域也各具特色和优势。动力学分析软件可利用计算机创建虚拟样机来模拟复杂机械系统的整个运动过程，可分析模型受力状况和运动状态；有限元分析软件具有强大的有限元分析功能，可分析构件内部的应力应变分布等。目前，动力学分析软件的有限元分析功能有限，与有限元分析软件结合使用则可以考虑零部件的弹性特性，从而提高机械系统运动学动力学的仿真精度；而有限元分析软件的动力学分析功能有限，结合动力学分析软件，可以考虑实际而复杂的动载荷情况，提高机械系统有限元分析的可靠性，精确分析构件应力应变分布。因此如果要精确地模拟整个系统的运动，考虑柔性体部件对系统运动的影响，并且基于精确的动力学仿真结果，对运动系统中的柔性体进行应力应变分析则需要将有限元分析软件和动力学分析软件结合起来使用。充分利用各类功能强大的工程设计软件进行复杂机械系统的联合设计分析，能够极大地改进产品设计质量并提高产品设计效率。在应用CAD/CAE等工程类软件求解实际的工程问题时，如获得最佳工况和最佳工况下构件的应力应变分布特性，不可避免要涉及到不同软件的接口问题。所谓软件接口技术是指能够实现两个或两个以上系统间信息交换的程序或方法。其核心内容就是从其中一个(或多个)软件系统读出信息，再将信息写入另一个(或多个)软件系统，从而能可靠、高效地求解集成性和复杂性越来越强的 实际工程问题。
公开号为CN101561838A的中国专利文献公开了一种ADAMS软件与Pro/E软件之间数据转换的方法，包括以下步骤：首先利用ADAMS进行运动学、动力学分析，当根据分析结果或设计要求，需要改变零、部件模型的尺寸参数时，利用ADAMS宏命令和操作系统的批处理命令语句，从ADAMS中直接启动三维参数化建模软件Pro/E；在Pro/E中完成三维整机或零部件模型的自动修改、重构和虚拟装配，并利用接口模块MECH/Pro施加约束，最后采用Pro/TOOLKIT的命令语句，从Pro/E中自动返回ADAMS；再次进行运动学、动力学分析，若符合要求则输出结果；否则重复上述步骤直至满足要求为止；在ADAMS软件中，需要修改的模型尺寸数据以独立的数据文件形式输出保存。
目前在利用动力学分析与有限元分析软件进行机械分析时，由于有限元分析软件与动力学分析软件之间有双向接口，通过此双向接口，用户可以很方便的考虑柔性体部件对机械系统运动的影响，并得到基于精确动力学仿真结果的应力应变分析结果，提高分析精度，但目前的接口数据转换需要手工转换，且属于单次操作，不具自动性和重复性。前面提到的中国专利文献CN101561838A中公开的方法无法解决ANSYS等有限元分析软件与ADAMS等动力学分析软件之间的数据自动传输问题。特别是在：(1)需要将机械零件的柔性特征(如模型模态数据信息)从ANSYS自动传输至ADAMS中进行多次自动重复的动力学分析时；(2)需要将ADAMS中的载荷谱(位移谱)等数据信息自动传递至ANSYS中进行多次自动重复的应力应变等分析时，上述方法都将无能为力。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中动力学分析软件与有限元分析软件之间数据无法自动转换，导致无法进行精确的机械系统的柔性动力学分析以及应力应变等分析的技术问题，提出一种解决了数据自动转换技术问题的动力学分析软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种动力学分析软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法，包括以下步骤：
(1)首先直接启动有限元分析软件；
(2)利用有限元分析软件读取APDL宏文件，所述APDL宏文件的内容包括：建立柔性体部件的模型，定义单元属性，划分网格，定义外部节点，导出动力学分析软件所需的柔性体模态中性文件，所述的模态中性文件包含了柔性体的质量，质心，转动惯量，频率，振型以及对载荷的参与因子；
(3)在有限元分析软件中启动动力学分析软件，利用动力学分析软件的编程语言加载虚拟样机模型，读入步骤(2)中生成的所述模态中性文件，添加部件之间的约束，施加驱动，进行系统动力学仿真，分析完成后输出载荷文件，所述的载荷文件记录了有限元分析软件所需的载荷信息；
(4)在有限元分析软件程序中，将载荷文件中包含的载荷施加到柔性体上对柔性体进行应力应变分析，输出应力应变数据，保存数据文件；
(5)循环执行步骤(2)～(4)，系统判断是否结果满足要求以及是否需要修改工况条件，如果需要修改工况，则添加约束、驱动，保存本次仿真结果数据，并进行下一次仿真分析；如果不需要修改工况，则输出最佳工况，保存数据文件。
其中，所述动力学分析软件为ADAMS软件，所述有限元分析软件为ANSYS软件。
其中，步骤(2)中的所述模态中性文件为.mnf文件。
其中，步骤(3)中动力学分析软件ADAMS软件的编程语言为cmd语言。
其中，所述载荷文件为.lod文件。
上述技术方案具有如下优点：应用本发明的动力学分析软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法在进行机械系统设计分析时，利用开发的自动接口转换程序可自动进行机械零部件的柔性化以及动力学分析，为有限元的应力应变分析提供复杂实时的动载荷，自动进行有限元仿真分析，循环执行该过程，可获得性能良好的机械零部件工况条件以及该条件下机械构件的力学特性。利用本发明的方法，有限元分析软件和动力学分析软件之间的数据转换完全采用自动化的方式，无须人工干预。因此，本发明的方法将有限元分析软件强大的有限元功能和动力学分析软件优秀的动力学分析功能真正的集成联合运用，为完成机械系统的力学特性分析和工况条件分析提供了一种自动、简便、高效、可靠的实现手段。
本发明的动力学分析软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法实现了两种类型软件之间的自动的双向数据转换，通过设计循环程序，针对不同工况条件具体零部件可以进行多次有限元仿真分析，求解应力应变分布，将各次的仿真分析结果输出并以独立的数据文件保存。
ADAMS软件的启动采用的是ANSYS驱动可执行文件的方式，其中软件的执行顺序流程和循环依赖于windows进程的控制和ANSYS软件的APDL流程控制，数据的传递利用了软件之间的双向接口和数据文件的写入与读取，利用流程控制和循环控制的方式实现了有限元分析软件和动力学软件之间的自动化接口，对于优化机械零部件力学性能和运动工况提供了一种科学高效的解决方式。
本发明的数据自动转换的方法已经在拖拉机转向机构的设计方面进行了实验应用，应用表明，所提出的这种自动化数据转换技术是科学有效的，并为复杂机械系统的设计分析提供了一种自动、高效而 可靠的解决方案。
附图说明
图1是本发明实施例的一种ADAMS和ANSYS软件之间数据转换的方法的流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的技术方案提供一种有限元分析软件和动力学分析软件之间数据转换的方法，本实施例以有限元分析软件ANSYS为核心，图1是其主流程图，包括以下步骤：
(1)首先直接启动有限元分析软件ANSYS；
(2)利用有限元分析软件读取APDL宏文件，所述APDL宏文件的内容包括：建立柔性体部件的模型，定义单元属性，划分网格，定义外部节点，导出动力学分析软件所需的柔性体模态中性文件，所述的模态中性文件包含了柔性体的质量，质心，转动惯量，频率，振型以及对载荷的参与因子等信息；
(3)在有限元分析软件中启动动力学分析软件，利用动力学软件的编程语言加载虚拟样机模型，读入步骤(2)中生成的所述模态中性文件，添加部件之间的约束，施加驱动，进行系统动力学仿真，分析完成后输出载荷文件，所述文件记录了有限元分析软件所需的载荷信息；
(4)在有限元分析软件程序中，将载荷文件中包含的载荷施加到柔性体上对柔性体进行应力应变分析，输出应力应变数据，保存文档；
(5)循环执行步骤(2)～(4)，系统判断是否结果满足要求以及是否需要再次修改工况条件：循环未结束时，保存本次仿真结果数据，并进行下一次仿真分析；循环结束时，输出最佳工况，保存数据 文件。
步骤(5)中的工况条件在ADAMS中可描述为驱动，驱动的输入利用的是Function Builder在循环的过程中每次都需要修改其内容，这里工况的修改和读取包括以下步骤：在ADAMS中创建字符变量或者字符数据元素，将驱动(工况条件)保存在函数中，当要求修改工况条件时，可根据循环条件读取函数并将该函数作为驱动实现工况的修改。
本实施例的ADAMS软件与ANSYS软件之间数据自动转换的方法实现了两种软件之间的自动的双向数据转换，通过设计循环程序，针对不同工况条件具体零部件可以进行多次有限元仿真分析，求解应力应变分布，将各次的仿真分析结果输出并以独立的数据文件保存。
本实施例中ADAMS软件的启动采用的是ANSYS驱动可执行文件的方式，其中软件的执行顺序流程和循环依赖于windows进程的控制和ANSYS软件的APDL流程控制，数据的传递利用了软件之间的双向接口和数据文件的写入与读取，利用流程控制和循环控制的方式实现了有限元分析软件和动力学软件之间的自动化接口，对于优化机械零部件力学性能和运动工况提供了一种科学高效的解决方式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种动力学分析软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法，包括以下步骤：
(1)首先直接启动有限元分析软件；
(2)利用有限元分析软件读取APDL宏文件，所述APDL宏文件的内容包括：建立柔性体部件的模型，定义单元属性，划分网格，定义外部节点，导出动力学分析软件所需的柔性体模态中性文件，所述的模态中性文件包含了柔性体的质量，质心，转动惯量，频率，振型以及对载荷的参与因子；
(3)在有限元分析软件中启动动力学分析软件，利用动力学分析软件的编程语言加载虚拟样机模型，读入步骤(2)中生成的所述模态中性文件，添加部件之间的约束，施加驱动，进行系统动力学仿真，分析完成后输出载荷文件，所述的载荷文件记录了有限元分析软件所需的载荷信息；
(4)在有限元分析软件程序中，将载荷文件中包含的载荷施加到柔性体上对柔性体进行应力应变分析，输出应力应变数据，保存数据文件；
其特征在于，所述数据自动转换的方法还包括以下的步骤：
(5)循环执行步骤(2)～(4)，系统判断是否结果满足要求以及是否需要修改工况条件，如果需要修改工况，则添加约束、驱动，保存本次仿真结果数据，并进行下一次仿真分析；如果不需要修改工况，则输出最佳工况，保存数据文件。
2.如权利要求1所述的数据自动转换的方法，其特征在于，所述动力学分析软件为ADAMS软件，所述有限元分析软件为ANSYS软件。
3.如权利要求2所述的数据自动转换的方法，其特征在于，步骤(2)中的所述模态中性文件为.mnf文件。
4.如权利要求2所述的数据自动转换的方法，其特征在于，步骤(3)中动力学分析软件ADAMS软件的编程语言为cmd语言。
5.如权利要求2所述的数据自动转换的方法，其特征在于，所述载荷文件为.lod文件。
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