UG、ADAMS及ANSYS等軟件聯(lián)合仿真時(shí)數(shù)據(jù)交換的常見問題研究

于　冰茍向鋒董　濤

（1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，蘭州730070；2.天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300387；3.中國人民解放軍68017部隊(duì)，蘭州730050）

?

UG、ADAMS及ANSYS等軟件聯(lián)合仿真時(shí)數(shù)據(jù)交換的常見問題研究

于冰1茍向鋒2董濤3

（1.蘭州交通大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，蘭州730070；2.天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津300387；3.中國人民解放軍68017部隊(duì)，蘭州730050）

摘要：本文分析將多軟件聯(lián)合仿真應(yīng)用于多體系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)研究上的必要性，探討在建模與分析過程中，數(shù)據(jù)交換方式不當(dāng)可能會導(dǎo)致的模型本身錯(cuò)誤與分析結(jié)果錯(cuò)誤，并進(jìn)一步總結(jié)和研究利用UG、ADAMS及ANSYS等軟件進(jìn)行聯(lián)合仿真時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換遇到的常見問題的解決方法和注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合仿真數(shù)據(jù)交換UG ADAMS ANSYS

引言

在如今的學(xué)術(shù)研究和生產(chǎn)制造中，CAD、CAM、CAE技術(shù)不可替代。運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模型的建立和運(yùn)動及動力學(xué)方面的研究已經(jīng)成為趨勢。不同軟件各有專攻，所以對對象建立模型研究分析時(shí)，往往需要聯(lián)合多個(gè)軟件。這時(shí)，軟件之間數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確與否，將直接影響建模與分析的準(zhǔn)確性。本文將討論應(yīng)用UG NX、ADAMS及ANSYS等幾種軟件進(jìn)行運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)仿真期間，數(shù)據(jù)交換可能出現(xiàn)的問題。

1 UG NX、ADAMS及ANSYS的聯(lián)合仿真

UG NX是具有國際競爭力的、具有先進(jìn)集成模塊、針對機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工前期工作提供方便的建模過程的強(qiáng)大計(jì)算機(jī)輔助軟件。它自身攜帶的包含對所有復(fù)雜零件進(jìn)行高精度仿真的建模功能，以及把一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)零件集合到一個(gè)平臺進(jìn)行可視化裝配的功能。UG軟件在三維實(shí)體建模方面和在進(jìn)行復(fù)雜模型裝配方面，在國際上來講都處于領(lǐng)先地位。

ADAMS軟件是目前最具權(quán)威的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件。它通過在計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建虛擬樣機(jī)來模擬復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)動過程，從而達(dá)到改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量、節(jié)約成本、節(jié)省時(shí)間的目的［1］。

ANSYS軟件是當(dāng)今最著名的有限元分析程序，其強(qiáng)大的分析功能已為全球工業(yè)界所廣泛接受，成為擁有最大用戶群的CAE軟件供應(yīng)商。特點(diǎn)：多場及多場耦合分析、多物理場優(yōu)化、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫及并行計(jì)算等，都代表著CAE軟件的發(fā)展潮流。

ADAMS分析對象主要是多剛體，但與ANSYS軟件結(jié)合使用可以考慮零部件的彈性特性。反之，ADAMS的分析結(jié)果可為ANSYS分析提供人工難以確定的邊界條件［2］。

所以，各個(gè)軟件各有所長，要集合不同的軟件優(yōu)點(diǎn)來建立模型并研究模型。這就是多軟件聯(lián)合仿真在設(shè)計(jì)制造行業(yè)和應(yīng)用科學(xué)研究中成為大趨勢的原因［3-4］，也說明探究軟件間數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性十分必要。

2 UG NX與ADAMS的數(shù)據(jù)交換

直接在ADAMS建立三維實(shí)體模型難度較大，尤其是當(dāng)被研究對象難以簡化，或是簡化后不具備研究意義時(shí)，而運(yùn)用成熟的建模軟件建立準(zhǔn)確模型，再將模型準(zhǔn)確導(dǎo)入ADAMS中更加容易現(xiàn)實(shí)［5］。建模類的計(jì)算機(jī)輔助軟件很多，如SolidWorks、Pro/E等。本文主要探究UG和ADAMS間的接口。

從UG中得到的三維模型可以通過軟件接口導(dǎo)入到ADAMS中，但是STEP、IGES、DXF、DWG等部分格式會使模型導(dǎo)入ADAMS后出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，導(dǎo)致模型本身出現(xiàn)錯(cuò)誤，三維模型將不能正常顯示。經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只有parasolid格式不會造成數(shù)據(jù)的丟失，可以使在UG中建立的三維實(shí)體模型及其裝配關(guān)系在導(dǎo)入ADAMS中后得以繼續(xù)存在。

parosolid文件在導(dǎo)入ADAMS后，為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)運(yùn)動仿真及動力學(xué)仿真等功能，需要確定各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的位置，建立marker。定義marker位置時(shí)會發(fā)現(xiàn)，ADAMS中對關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行捕捉的功能不健全，關(guān)鍵點(diǎn)跟靠近柵格時(shí)捕捉不準(zhǔn)，使得對體、點(diǎn)或是軸線的選擇很容易出錯(cuò)。

另外，雖然在ADAMS中也可以通過平移來確定模型與坐標(biāo)系之間的相對位置，但是對復(fù)雜裝配體來說，進(jìn)行平移時(shí)選擇零件容易出錯(cuò)，且通過測量功能得到的距離由于精度有限并不準(zhǔn)確，所以移動后也可能不在理想位置。

鑒于以上兩方面原因，為了便于更加便捷和準(zhǔn)確地運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真，被研究對象的重要的點(diǎn)與軸線最好恰好與裝配體的坐標(biāo)系相重合。

經(jīng)過多次試驗(yàn)驗(yàn)證，裝配體在導(dǎo)入ADAMS后，坐標(biāo)系不會隨之導(dǎo)入。ADAMS中裝配體的坐標(biāo)系原點(diǎn)，通常就是在UG中裝配時(shí)選擇的第一個(gè)零件的坐標(biāo)系原點(diǎn)。而parosolid文件在導(dǎo)入ADAMS后，在ADAMS環(huán)境中不能再重新建立具體坐標(biāo)系，只能通過移動功能來重新定義導(dǎo)入模型與坐標(biāo)系的關(guān)系。由于柵格精度的限制和在復(fù)雜裝配體中選擇零件困難，通過移動來定義的模型與坐標(biāo)系的關(guān)系也會不盡準(zhǔn)確。所以，在ADAMS動力學(xué)仿真前，應(yīng)該在UG中進(jìn)行三維建模期間，就將重要的點(diǎn)設(shè)置為坐標(biāo)系原點(diǎn)。

3 ADAMS與ANSYS的數(shù)據(jù)交換

在實(shí)際的機(jī)械系統(tǒng)中，沒有零件是絕對的剛體，所有零件都有一定的粘彈性或者彈塑性，都有可能產(chǎn)生形變。在進(jìn)行運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析時(shí)，如果不考慮實(shí)際狀況，將所有零件處理成剛體，將會造成很大誤差。所以，在運(yùn)用軟件進(jìn)行仿真時(shí)，將重要零部件正確處理成柔性體，將會提高整個(gè)系統(tǒng)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性［6］。同理，整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動情況也反過來決定了每個(gè)零件的受力狀態(tài)和運(yùn)動狀況，即決定了每個(gè)零件內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的分布。因此，對于被研究的機(jī)械系統(tǒng)，如果想要得到精確的仿真結(jié)果，就要考慮柔性體部件對系統(tǒng)整體的影響?；蛘撸胍诰_的動力學(xué)仿真結(jié)果對運(yùn)動系統(tǒng)中的柔性體進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，就需要用到ANSYS與ADAMS兩個(gè)軟件聯(lián)合仿真。

通過ANSYS軟件與ADAMS軟件之間的接口來定義被研究系統(tǒng)的重要構(gòu)件柔性體化，繼而考慮柔性體構(gòu)件對機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動的影響，并得到基于精確動力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果，提高分析精度。所以，通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的準(zhǔn)確性，決定了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

由于在ADAMS程序中可以處理不同的單位系統(tǒng)，所以要進(jìn)行聯(lián)合仿真，MNF文件中必須包含ANSYS分析所使用的單位信息。因此，必須使用命令/units來指定在ANSYS分析中所使用的單位系統(tǒng)是SI、CGS、BFT或BIN，再運(yùn)行宏命令A(yù)DAMS。如果使用的不是上述四種單位系統(tǒng)，則需要使用下面的命令：

/units,user,＜L＞,＜M＞,＜T＞,＜F＞

命令中，L、M、T、F是SI單位系統(tǒng)與ANSYS分析中所使用單位系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換因子。

另外，在ANSYS程序中，柔性體與剛體連結(jié)位置處的節(jié)點(diǎn)，即外部節(jié)點(diǎn)，用于在ADAMS所進(jìn)行的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析中連結(jié)柔性體與剛體。通常來講，一個(gè)關(guān)節(jié)位置的外部節(jié)點(diǎn)僅使用一個(gè)節(jié)點(diǎn)。如果柔性體與剛體的連結(jié)部位處為空心，則需在連結(jié)處創(chuàng)建一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為外部節(jié)點(diǎn)。外部節(jié)點(diǎn)與其周圍的柔性體節(jié)點(diǎn)一般使用剛性區(qū)域來定義。運(yùn)行ADAMS宏之前要求選擇節(jié)點(diǎn)，此時(shí)選擇的節(jié)點(diǎn)會以外部節(jié)點(diǎn)來處理，所以此選擇步驟不可缺少，且對柔性體的定義非常重要。

4 結(jié)論

第一，ADAMS想要準(zhǔn)確讀取從UG中導(dǎo)出的模型并進(jìn)行準(zhǔn)確仿真，需要在UG和ADAMS間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)注意：選擇正確的導(dǎo)出格式；在UG中進(jìn)行裝配時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)臉?gòu)件作為第一個(gè)選擇的對象，并建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。

第二，進(jìn)行運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)分析時(shí)，將所有零件處理成剛體是不準(zhǔn)確的，會造成很大的誤差。如果考慮柔性體部件的影響，需要在ADAMS和ANSYS間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)注意：單位系統(tǒng)需要統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為SI、CGS、BFT或BIN；外部節(jié)點(diǎn)作為剛體和柔性體間的節(jié)點(diǎn)，選擇不可或缺且至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

［1］李增剛.ADAMS入門詳解與實(shí)例［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2006.

［2］張健，陳琳，張祺，起雪梅.“S”形齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)及有限元分析［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2015，（3）：44-47.

［3］王秀山，楊建國，吳昊.基于Pro/E、ADAMS和ANSYS的齒輪減速器一體化開發(fā)平臺［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，（1）：1-4.

［4］姚濤.Pro/E、ADAMS與ANSYS在虛擬設(shè)計(jì)中的聯(lián)合應(yīng)用［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2011，（2）：197-198.

［5］楊洪偉.Pro/E模型導(dǎo)入ADAMS問題探討［J］.中國科技信息，2010，（6）：83-84.

［6］馬偉強(qiáng).機(jī)構(gòu)構(gòu)件工作過程中碰撞的動力學(xué)仿真分析［J］.機(jī)械制造與自動化，2008，（4）：38-39.

Common Research Questions UG, ADAMS and ANSYS Software Co-simulation Data Exchange

YU Bing1,GOU Xiangfeng2,DONG Tao3
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070; 2.School of Mechanical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387; 3.People's Liberation Army 68017 troops, Lanzhou 730050）

Abstract:This paper analyzes the necessity of combination of simulation software used in the kinematics and dynamics of multibody systems on the analyzes in the modeling and analysis process, the improper way data exchange model itself may result in error and analysis of results. When further review and study, UG, ADAMS, ANSYS software co-simulation, to resolve and precautions when exchanging data common problems encountered.

Key words:co-simulation,data exchange,UG,ADAMS,ANSYS