1、前言

　　ANSYS是一個以有限元分析為基礎的大型的多物理場工程仿真分析軟件， 有限元分析有三個主要的步驟:

　　第一步前處理，進行幾何模型的建立、劃分有限元網格等工作;

　　第二步求解，在前處理中建立的數學模型上施加邊界條件并進行分析計算;

　　第三步后處理，對求解得到的結果進行顯示、觀察、進一步的運算等。

　　對于一個CAE軟件來說，用戶最為關心的應該是:用這個軟件到底能解決我在產品設計過程中遇到的哪些問題?各類問題的解決精度如何等等。ANSYS是一個通用有限元分析求解器。然而，ANSYS軟件的前處理即實體建模、網格劃分、特別載荷的添加等能力較弱，致使一些結構較為復雜零件的模型建立及有限元劃分相當困難甚至無法劃分，有些特定載荷不易施加，如:軸承力。

　　UG軟件具有三維實體建模、裝配建模，生成直觀可視的數字虛擬產品，并對其進行運動分析、干涉檢查、仿真運動及載荷分析。其功能特點如下:

　　● 用造型來設計零部件，實現了設計思想的直觀描述;

　　● 充分的設計柔性，使概念設計成為可能;

　　● 提供了輔助設計與輔助分析的完整解決方案;

　　● 圖形和數據的絕對一致及工程數據的自動更新。

　　UG為三維實體建模軟件，同時具有自身的CAE功能，并且網格劃分、載荷與邊界條件的加載功能強大、方便。那么如何將UG與ANSYS的優點結合起來，則是本文的目的。

　　2、UG的有限元處理與導出

　　2.1 UG NX 2的分析功能

　　UG軟件除具有強大的三維實體建模與裝配建模外，還具有較強的運動分析、干涉檢查、仿真運動及載荷分析功能，現就結構分析進行闡述。在UG 2.0軟件中有一個有限元分析模塊UG-Structures，在UG-Structures中，通過UG創建的三維實體模型可以很容易地創建各類有限元模型，如:4節點和10節點四面體、8節點和20節點六面體三維實體單元，3節點和6節點三角形、4節點和8節點四邊形二維平面單元，以及梁、桿及彈簧等一維單元，無論結構如何復雜在UG中均可輕易進行有限元劃分。但在ANSYS軟件中，如果結構比較復雜，進行有限元的直接劃分是很困難的，有時甚至是辦不到的，而在UG-Structures中則是非常容量的。另外，在載荷加載過程中，UG-Structures有著獨特的方法，如軸承載荷等可直接通過這種載荷的選項進行加載，在ANSYS中沒有這種載荷的直接加載方法，要進行較為復雜的轉換才能將這種載荷添加到相應的位置上。

　　2.2 UG NX 2的有限元處理

　　在UG-Structures中進行有限元劃分、施加材料參數、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，運行通過的UG有UG-NX2、UG-NX3兩個版本，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定

　　進行有限元劃分、施加材料參數、載荷和邊界條件后，選擇解算Solver，彈出Solve對話框，如上右圖，其中的Submit項有Format/Solve、Format Only、Edit/Solve選項，我們指定Submit項為Format Only，然后OK，在同一目錄下形成同名的帶有擴展名為INP的文本文件，該文本文件就是ANSYS的導入文件。

　　2.2.2.1 選擇解算形式、分析類型、解算類型及運算法則

　　在進入結構分析程序Structural時，出現Create Solution提示對話框。

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

　　分析類型Analysis Type有四種，Structural、Thermal、Axisymmetric Structural、Axisymmetric Thereal。根據需要設定分析類型為結構分析Structural，如下右圖。

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

　　點擊展開按扭，如上右圖中的綠色下三角按扭，打開詳細對話框如下左圖。

　　運算法則Algorithm有四種，Frontal、PCG、JCG、Sparse，根據需要設定運算法則Algorithm為JCG。

　　2.2.2.2在UG中形成文件格式的設定

　　進行有限元劃分、施加材料參數、載荷和邊界條件后，選擇解算Solve，彈出如上右圖對話框，其中的Submit項有Solve、Export Solver Input File、Solve Existing Input File及Edit Existing Input File&Solve選項，我們指定Submit項為Export Solver Input File，然后OK，在同一目錄下形成同名的帶有擴展名為INP的文本文件，該文本文件就是ANSYS的導入文件。

　　2.3格式化完成后，將產生如下一個*.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，FULL，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有限元導入

　　將UG-Structures生成的*.INP文件導入ANSYS，形成ANSYS的節點、單元及相應的載荷，然后即可用ANSYS進行問題的解算。具體步驟為，在ANSYS的File菜單項中選擇Read Input From ......，在彈出的Read File文件選擇對話框中選擇相應的輸入文件*.INP，即UG-Structures的有限元導出文件，完成有限元及邊界條件的導入。需要指出的是UG導出的有限元文件只包含有限元數據，而不包含幾何模型數據，所以ANSYS導入的也只有有限元數據，而不包含幾何模型數據。

　　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)， 導入到ANSYS后，單位制變成mm(毫米)、Kg(千克)、KPa(千帕)、mn(毫牛)。我們在ANSYS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，得到的應力單位為MPa(兆帕)，而從UG導入到ANSYS后，如不對單位制進行改動的話，得到的應力單位為KPa(千帕)。

　　為適應我們的單位制習慣，牽扯到的外載荷力、扭矩、彎矩等的單位需要做相應的換算，即在UG中各參數按下列比例輸入:力N(牛)*1000、扭矩和彎矩N-mm(牛頓-毫米)*1000，材料參數待模型導入到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)，此時得出的應力單位為MPa(兆帕)

　　5、結論

　　通過實際操作我們發現，在UG-Structures中進行有限元劃分時，可以保留模型的細節，避免在ANSYS中進行有限元劃分時不得不忽略掉有用的細節，從而解決了復雜模型在ANSYS中無法進行有限元劃分的問題，確保了計算的精確度。另外，解決了在ANSYS中無法直接施加軸承載荷的問題。

　　將UG強大的有限元前處理功能與ANSYS精確的解算器完美的結合，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。