CN101763447A - 三维造型软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法 - Google Patents

三维造型软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维造型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：启动有限元分析软件，载入模型并进行有限元分析；从有限元分析软件中启动三维造型软件；在有限元分析软件中完成读取文件并进行有限元仿真分析；利用有限元分析软件的后处理模块和数据读写功能保存结果为数据文件；利用有限元分析软件中的流程控制命令实现上述过程的循环运行。本发明的数据自动转换方法将三维建模软件强大的建模功能和有限元分析软件有限元功能真正无缝集成起来，对于复杂的机械系统设计、分析提供了一种科学、高效而可靠的解决方式，提高了产品设计精度和设计效率。

Description

三维造型软件与有限元分析软件之间数据自动转换的方法
技术领域
本发明涉及机械设计领域，特别是涉及一种三维造型软件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，CAD/CAE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。三维建模软件的三维造型功能强大，修改模型尺寸和结构方便，但有限元分析功能较弱；而有限元分析软件的有限元功能强大，可分析和求解模型的应力应变等力学性能，而三维建模能力较弱，经常需要其他CAD系统创建模型。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和分析，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，如拖拉机转向机构的优化设计、联合收割机整机及脱粒部件等关键部件受力载荷设计分析等，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。
目前在利用三维造型软件与有限元分析软件进行机械分析时，一般首先采用其他CAD系统建模，然后利用标准数据格式或者专用接口模块的传递方式传递数据并在有限元分析软件中进行分析。这样，模型在有限元分析软件中不能再次修改模型尺寸和装配关系，需要重新在三维造型软件中修改模型再次导入有限元分析软件中做分析。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Pro/E等三维造型软件按软件之间的数据自动传输问题。在复杂机械系统设计过程中，当需要在ANSYS等有限元分析软件中多次自动重复修改Pro/E等三维造型软件的几何模型信息时，即当需要进行精确的机械系统柔性分析时，上述方法将无能为力。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中三维造型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柔性分析的技术问题，提出一种解决了数据自动转换技术问题的三维造型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三维造型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)首先启动有限元分析软件；
(2)载入有限元分析模型；
(3)完成步骤(2)中加载模型的有限元分析；
(4)利用APDL参数化语言中的/SYS或者/SYP命令驱动可执行程序，从有限元分析软件中直接启动三维造型软件；所述可执行程序的功能包括在三维造型软件中完成零件模型和装配模型的自动修改、重构和虚拟装配，以及读取宏命令或者轨迹文件生成有限元分析软件可读取的文件；
(5)在有限元分析软件中利用APDL参数化语言/INP命令完成读取步骤(4)中生成的所述有限元分析软件可读取的文件，然后利用APDL参数化语言实现定义单元属性、划分网格、添加边界条件和求解计算，实现有限元仿真分析；
(6)利用有限元分析软件的后处理模块和数据读写功能将结果保存为数据文件；
(7)利用有限元分析软件中的流程控制命令实现上述过程的循环运行：循环尚未结束时，将自动进行下一次模型修改和试验仿真分析，得出相关结论与数据；循环结束后，利用编程语言开发的程序或者APDL参数化语言对上述循环过程中生成的一系列的试验结果进行分析并将最优的结果以对话框或者数据文件的形式输出。
其中，所述三维造型软件为Pro/E软件，所述有限元分析软件为ANSYS软件。
其中，所述步骤(7)中循环结束后开发程序所利用的所述编程语言为VC。
其中，步骤(4)中的所述可执行程序，具体开发步骤为：
首先启动Pro/E，并将三维模型载入内存并窗口显示；
然后VC读取上一步骤保存的数据文件将数值储存并赋值给Pro/E中模型的参数，以修改模型的尺寸，并调用ProSolidRegenerate()函数实现零件模型和装配模型的重生；
然后调用ProMacroLoad()执行宏命令实现宏命令或者轨迹文件的读取。
其中，步骤(3)中包括转化模型数据的步骤：采用Pro/TOOLKIT的命令语句读取轨迹文件生成ANSYS软件可读取的ANF文件。
其中，所述转化模型数据的步骤的具体内容包括：
首先实现Pro/E向ANSYS转换数据；
然后结束gus.exe、cmd.exe以及ansys.exe进程，完成ANF文件的生成。
其中，步骤(4)中的所述可执行程序是由Pro/E的开发工具Pro/TOOLKIT在异步模式下开发的可执行程序。
上述技术方案具有如下优点：在进行机械系统设计分析时，本发明的三维造型软件与有限元分析软件之间数据自动转换方法利用开发的接口程序自动修改模型尺寸参数，自动进行零件和装配模型重构，自动将模型进行多次循环的有限元仿真分析，多次运行找到其中较满意的结果。上述接口程序采用的是读取和保存独立数据文件以及循环流程控制的方式，实现了数据的自动化传递和多次试验仿真分析，实现了三维造型软件和有限元分析软件的自动化接口。利用本发明方法，三维参数化建模软件(Pro/E)和有限元分析软件(ANSYS)之间的数据信息传递完全采用自动化方式，不需要人工干预。从而，本发明的数据自动转换方法将三维建模软件强大的建模功能和有限元分析软件的有限元功能真正无缝集成起来，为完成机械系统优化分析，提供了一种自动、简便、高效、可靠的实现手段。对于复杂的机械系统设计、分析提供了一种科学、高效而可靠的解决方式，提高了产品设计精度和设计效率。
附图说明
图1是本发明实施例的一种ANSYS和Pro/E软件之间数据自动转换的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1是本实施例技术方案的主流程图，本实施例的一种ANSYS和Pro/E软件之间数据自动转换的方法，包括以下步骤：
(1)首先有限元分析软件启动ANSYS。
(2)载入有限元分析模型。
(3)完成步骤(2)中加载模型的有限元分析；
(4)当要进行有限元仿真分析时，利用APDL参数化语言中的/SYS或者/SYP命令驱动可执行程序，从ANSYS软件中直接启动三维参数化建模软件Pro/E。其中的可执行程序是由Pro/E的开发工具Pro/TOOLKIT在异步模式下开发的可执行程序，该可执行程序包括以下步骤：
①启动Pro/E；利用Pro/TOOLKIT函数ProEngineerStart()异步启动Pro/E程序；
②创建变量；
③读取中间文件；VC读取数据文件中的数值，并转换为实型数值；
④变量赋值；将参数值赋给Pro/E中的变量；
⑤载入模型；利用Pro/TOOLKIT函数ProMdlRetrieve()实现模型载入内存；
⑥初始化模型；利用Pro/TOOLKIT函数ProModelitemInit()函数实现初始化模型，利用Pro/TOOLKIT函数ProParameterInit()函数实现初始化模型参数；
⑦模型修改与重构；利用Pro/TOOLKIT函数ProParameterValueSet()实现模型参数的设定，利用Pro/TOOLKIT函数SolidRegenerate()函数实现模型重生；
⑧转化模型数据，采用Pro/TOOLKIT的命令语句读取宏命令或者轨迹文件生成ANSYS软件可读取的ANF文件；
利用内嵌的Pro/E-ANSYS接口将模型数据从Pro/E软件传递至ANSYS软件中，其包括的步骤为：首先调用Pro/TOOLKIT函数ProMacroLoad()执行宏命令实现内嵌接口的操作；然后结束gus.exe、cmd.exe以及ansys.exe进程，即可生成ANSYS软件可读取的ANF文件。
在其他的实施例中转化模型数据也可以是：利用prt文件或者igs、stp中性文件格式来实现，其包括的步骤为：调用Pro/TOOLKIT函数ProMacroLoad()执行宏命令或者其他函数实现文件存取的操作，即可生成prt文件或者igs、stp等中性文件格式。
⑨退出Pro/E；利用Pro/TOOLKIT函数ProEngineerEnd()实现退出Pro/E程序；
退出该可执行程序；利用VC函数SendMessage(WM_CLOSE)实现可执行程序窗口的关闭与退出。
上述可执行程序执行完后将生成ANF文件。当然在其他的实施例中也可以是prt、igs或者stp等文件。
由于步骤(4)中的可执行程序是在Pro/E环境下执行的，在未生成模型数据文件时，ANSYS软件应该等待模型数据文件的生成，可采用一种缓冲的方式为：利用APDL中的流程控制语句(条件分支与循环命令)来实现。
(5)在ANSYS中利用APDL参数化语言/INP命令完成读取ANF文件，然后利用APDL参数化语言实现定义单元属性、划分网格、添加边界条件和求解计算，实现有限元仿真分析。
(6)仿真分析后，利用ANSYS的后处理模块以及数据读写功能将应力应变等数据结果保存为数据文件。
(7)利用ANSYS软件中的流程控制命令实现上述过程的循环运行，循环尚未结束时，将自动进行下一次模型修改和试验仿真分析，得出相关结论与数据，当循环结束后，利用VC开发的程序或者APDL参数化语言对上述一系列的试验结果进行分析并将最优的结果以对话框或者数据文件的形式输出。
在步骤(7)中影响模型构件的影响因素可表现为数据，在循环的过程中每次都需要修改数值，这里数值的修改和传递包括以下步骤：在有限元分析软件ANSYS中创建各种变量参数、数组(矩阵或者表)，利用参数赋值和文件读写将用户依据模型对象的特征输入的参数值保存为一定的数据文件，当要求修改参数时，可根据循环条件读取数据文件实现数据的修改和传递。
在进行机械系统设计分析时，本实施例中的Pro/E软件与ANSYS软件之间数据自动转换方法利用开发的接口程序自动修改模型尺寸参数，自动进行零件和装配模型重构，自动将模型进行多次循环的有限元仿真分析，多次运行找到其中较满意的结果。上述接口程序采用的是读取和保存独立数据文件以及循环流程控制的方式，实现了数据的自动化传递和多次试验仿真分析，实现了Pro/E软件和ANSYS软件的自动化接口。利用本实施例的方法，三维参数化建模软件(Pro/E)和有限元分析软件(ANSYS)之间的数据信息传递完全采用自动化方式，不需要人工干预。
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 (7)

1.一种三维造型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)首先启动有限元分析软件；
(2)载入有限元分析模型；
(3)完成步骤(2)中加载模型的有限元分析；
(4)利用APDL参数化语言中的/SYS或者/SYP命令驱动可执行程序，从有限元分析软件中直接启动三维造型软件；所述可执行程序的功能包括在三维造型软件中完成零件模型和装配模型的自动修改、重构和虚拟装配，以及读取宏命令或者轨迹文件生成有限元分析软件可读取的文件；
(5)在有限元分析软件中利用APDL参数化语言/INP命令完成读取步骤(4)中生成的所述有限元分析软件可读取的文件，然后利用APDL参数化语言实现定义单元属性、划分网格、添加边界条件和求解计算，实现有限元仿真分析；
(6)利用有限元分析软件的后处理模块和数据读写功能将结果保存为数据文件；
其特征在于，所述数据自动转换的方法还包括以下步骤：
(7)利用有限元分析软件中的流程控制命令实现上述过程的循环运行：循环尚未结束时，将自动进行下一次模型修改和试验仿真分析，得出相关结论与数据；循环结束后，利用编程语言开发的程序或者APDL参数化语言对上述循环过程中生成的一系列的试验结果进行分析并将最优的结果以对话框或者数据文件的形式显示出来。
2.如权利要求1所述的数据自动转换的方法，其特征在于，所述三维造型软件为Pro/E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，所述步骤(7)中循环结束后开发程序所利用的所述编程语言为VC。
4.如权利要求3所述的数据自动转换的方法，其特征在于，步骤(4)中的所述可执行程序，具体开发步骤为：
启动Pro/E，并将三维模型载入内存并窗口显示；
利用VC读取数据文件，将数值储存并赋值给Pro/E中模型的参数，以修改模型的尺寸，并调用ProSolidRegenerate()函数实现零件模型和装配模型的重生；
调用ProMacroLoad()执行宏命令实现宏命令或者轨迹文件的读取。
5.如权利要求2、3或4所述的数据自动转换的方法，其特征在于，步骤(4)中包括转化模型数据的步骤：采用Pro/TOOLKIT的命令语句读取宏命令或者轨迹文件生成ANSYS软件可读取的ANF文件。
6.如权利要求5所述的数据自动转换的方法，其特征在于，所述转化模型数据的步骤的具体内容包括：
实现Pro/E向ANSYS转换数据；
结束gus.exe、cmd.exe以及ansys.exe进程，完成ANF文件的生成。
7.如权利要求5所述的数据自动转换的方法，其特征在于，步骤(4)中的所述可执行程序是由Pro/E的开发工具Pro/TOOLKIT在异步模式下开发的可执行程序。
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