數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
——實(shí)現(xiàn)信息交互資源共享

如何實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件在建模和計(jì)算上的優(yōu)勢互補(bǔ)，更好的去利用現(xiàn)有模型進(jìn)行體型優(yōu)化設(shè)計(jì)？目前為止主要借助于二者之間的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)模型的轉(zhuǎn)換，進(jìn)行有限元分析，進(jìn)而作為結(jié)構(gòu)體型優(yōu)化的依據(jù)。

MicroStation作為一款專業(yè)的二維和三維CAD設(shè)計(jì)軟件，近年來在建筑、交通運(yùn)輸、水利工程等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，其完善的三維建模功能、高質(zhì)量的動(dòng)畫渲染效果和強(qiáng)大的二次開發(fā)工具為其在設(shè)計(jì)院迅速推廣提供了保障。而ANSYS作為一款大型通用有限元分析軟件，以先進(jìn)的計(jì)算方法和良好的可靠性、開放性也得到各行業(yè)廣泛應(yīng)用，作為專業(yè)CAE軟件，其分析和后處理功能強(qiáng)大，而建模能力相對(duì)較弱。

MicroStation完成三維建模后通過導(dǎo)出為中間格式的模型，然后導(dǎo)入到ANSYS中，再利用ANSYS內(nèi)部參數(shù)管理器編輯CAD模型、材料、邊界條件等參數(shù)，然后進(jìn)行網(wǎng)格剖分和加載求解。

＞＞圖1 MicroStation三維模型

＞＞圖2 ANSYS三維幾何模型（加地基）

數(shù)據(jù)接口

數(shù)據(jù)接口又稱數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)以上系統(tǒng)間信息交換的程序或方法，數(shù)據(jù)接口的核心內(nèi)容是由其中一個(gè)系統(tǒng)(文件)讀出信息，將信息寫入另一個(gè)系統(tǒng)(文件)。幾乎所有的三維設(shè)計(jì)軟件都有開發(fā)通用格式的數(shù)據(jù)接口模塊，不同的MicroStation文件格式需要不同的ANSYS接口工具。MicroStation和ANSYS同時(shí)具備的數(shù)據(jù)類型主要有三 種 :IGES、 ACSI SAT、Parasolid。三種數(shù)據(jù)形式可以說可有利有弊，而又都不完全滿足兩者之間模型的100%融合，一定程度上仍需要相關(guān)人員進(jìn)行后期處理。

IGES是目前廣泛采用的中間格式之一，它是一種描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造信息的數(shù)據(jù)格式。標(biāo)準(zhǔn)的IGES格式默認(rèn)支持線框、面域和實(shí)體模型的轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)文件后綴名為.igs。而MicroStation的實(shí)體模型轉(zhuǎn)換，僅能以“面格式”導(dǎo)入到ANSYS中，且如果模型中有一個(gè)或者幾個(gè)元素導(dǎo)入不成功，則會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的數(shù)據(jù)丟失或者整個(gè)模型導(dǎo)入失敗，因此不建議適用。

＞＞圖3 ANSYS結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)格劃分

＞＞圖4 ANSYS結(jié)構(gòu)沉降變形

＞＞圖5 ANSYS結(jié)構(gòu)X向應(yīng)力

SAT模型文件以ASCII 文本格式存儲(chǔ)，文件轉(zhuǎn)換的對(duì)象只能是三維實(shí)體和面域，SAT文件中包含不同類型的幾何實(shí)體時(shí)，可以設(shè)定圖形輸入類型是A11 entities。然而在MicroStation的導(dǎo)出功能中，SAT文件存在缺陷，默認(rèn)僅支持一個(gè)對(duì)象操作，當(dāng)然也可以先選擇多個(gè)模型對(duì)象，然后導(dǎo)出，這樣的結(jié)果會(huì)造成多模型的自動(dòng)疊加，違背了模型的本意。

Parasolid格式文件擴(kuò)展名為“.x_t”。是一個(gè)嚴(yán)格的邊界表示的實(shí)體建模模塊，它支持實(shí)體建模，通用的單元建模和集成的自由形狀曲面/片體建模，但同樣存在SAT格式的轉(zhuǎn)換缺陷。這些缺陷無疑使得MicroStation和其他CAD或者CAE軟件的模型轉(zhuǎn)換上顯得很不方便，這也是MicroStation應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)的一面。

模型導(dǎo)出

對(duì)于水電行業(yè)來說，結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算貫穿于我們?cè)O(shè)計(jì)的整個(gè)流程。其中三維模型的建立可以通過MicroStation本身的三維建模功能來實(shí)現(xiàn)，如圖1為渡槽重力壩段的三維模型。模型細(xì)部結(jié)構(gòu)對(duì)于計(jì)算結(jié)果影響很小，而劃分網(wǎng)格可能會(huì)付出較大代價(jià)，一般在模型建好以后在導(dǎo)入之前，還需要對(duì)模型進(jìn)行修正，刪除模型中不必要的細(xì)節(jié)，對(duì)模型進(jìn)行布爾合并，然后選擇導(dǎo)出。

在此，我們選擇SAT中間格式進(jìn)行導(dǎo)出，導(dǎo)出方法為：MicroStation→File→Export→ACIS SAT，鼠標(biāo)選擇要導(dǎo)入的模型，設(shè)置保存路徑和模型名稱，版本及模型單位，點(diǎn)擊OK，保存為SAT文件。

模型導(dǎo)入及計(jì)算

ANSYS作為一款通用的數(shù)值計(jì)算軟件，主要由三部分組成：前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊。相對(duì)來說，該軟件的建模功能遠(yuǎn)不及MicroStation，通過導(dǎo)入已有模型，從而避免了二次建模的重復(fù)性工作。導(dǎo)入方法：打開ANSYS→Import→SAT，選擇模型文件打開，通過Reset PlotCtrls顯示完整模型。

模型導(dǎo)入之后，根據(jù)我們?cè)贏NSYS的使用習(xí)慣，需要首先進(jìn)行坐標(biāo)調(diào)整。通常在ANSYS中調(diào)整坐標(biāo)較難實(shí)現(xiàn)，一般是通過柱坐標(biāo)系下復(fù)制或者移動(dòng)模型，實(shí)際是繞軸線旋轉(zhuǎn)得到。然后補(bǔ)充地基模型，那么整個(gè)幾何模型就具備了。

為了方便劃分網(wǎng)格和提高網(wǎng)格劃分的質(zhì)量，我們一般要先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分解成小的區(qū)域，材料分區(qū)的劃分同樣適用。分解完成后一定要粘連一下模型，確保各部位實(shí)體共面、共線、共點(diǎn)，這也是保證計(jì)算節(jié)點(diǎn)真正起到傳遞力和力矩的前提。

然后進(jìn)行單元、材料屬性定義及材料分區(qū)設(shè)置，完成網(wǎng)格劃分，啟動(dòng)計(jì)算主程序。最后在后處理模塊中，通過選擇不同的查看方式，分析結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力情況。

以渡槽重力壩段為例，從建模、模型轉(zhuǎn)換及數(shù)值計(jì)算的一體化設(shè)計(jì)流程，說明信息模型在MicroStation和ANSYS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可行性，但是由于該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程僅僅支持單向轉(zhuǎn)換，很難做到CAE結(jié)構(gòu)計(jì)算成果自動(dòng)參數(shù)化體型優(yōu)化的功能，因此，今后有必要繼續(xù)深入研究兩者之前的數(shù)據(jù)化集成技術(shù)。