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ProE模型导入ANSYS问题的思考
作者：杨莉
来源：《科技传播》2017年第05期
摘 要 本文阐述了ProE模型导入ANSYS的意义，对其导入方法进行了分析，在建立有限元模型的基础上，分析了变流器柜体的力学性能，证实了ProE模型导入ANSYS的价值。 关键词 ProE模型；导入；ANSYS；方法
中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2017）182-0096-02
随着铁路领域发展水平的提高，高速与重载成为了列车的主要特点，传统设计水平已经无法满足当前时代对于列车的要求，将CAD以及CAE技术应用到列车设计以及制造过程中，已经成为了铁路领域发展的必经之路。ProE以及ANSYS分别属于CAD以及CAE的主要代表，将ProE模型导入ANSYS中，能够使两者的设计优势有效结合，对于列车整体性能的提高具有重要价值。
1 ProE模型导入ANSYS的意义
CAD即计算机辅助设计，属于CAE（计算机辅助工程）中的主要内容之一，ProE属于CAD的代表性技术，其中的机械设计模块，是辅助CAD设计完成的主要模块[ 1 ]。从本质上看，ProE下的机械设计模块，属于三维机械设计工具的一种，能够使机械的设计过程在三维可视化的条件下展开，可使机械的设计精度与效率有效提高[2]。ANSYS属于CAE的代表性技术，其下包含几何建模模块，具有几何建模的功能，但该功能相对较弱，且实现复杂。将ProE模型导入到ANSYS中，能够使两者实现优势互补，能够使机械设计更好、更快的实现。 2 ProE模型导入ANSYS问题的思考 2.1 ProE模型导入ANSYS的方法 2.1.1 文件导入
ProE具有结构复杂的特点，文件格式以IGES（Initial？Graphics？Exchange？
Specification，初始化图形交换规范）文件为主，与ANSYS文件格式存在一定的差异，如直接将文件导入其中，ANSYS很容易出现实体丢失的问题，进而影响设计进展。为确保文件导入能够更好的完成，在导入前做好格式转换十分重要。 2.1.2 接口转换
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在将状态设置为默认的情况下，ANSYS无法直接对ProE中的文件进行转换，需对其进行重新设置，才可使转换顺利完成。在ANSYS软件中，可以利用其Connection？for？Pro/Engineer模块，完成数据的传输以及文件的转换过程，最终使文件的导入得以实现。 2.1.3 AWE
AWE属于前后处理环境的一种，将其应用到ProE模型导入ANSYS的过程中，能够使ProE模型直接转换成为ANSYS的形式，能够使几何建模更加快速有效的完成，但该技术目前并未成熟。
2.1.4 有限元分析模块
在RroE模型下，包含有限元分析模块，该模块具有添加载荷以及约束的功能，且其中包含ANSYS求解器，使用该模块，能够使两者的ANSYS接收到的包含单元、载荷以及约束等各部分相关信息的有限元模型，能够使导入过程更好的实现。 2.2 有限元模型的建立
分析了变流器柜体的有限元建模过程。 2.2.1 简化模型
变流器柜体以方钢等组成，共包括2个变流器模块，1个控制箱以及1个电力电容器。考虑到变流器柜体布置非对称，因此在分析柜体受力情况时，可通过将各部件简化的方法，降低有限元建模难度。从体积上看，变流器柜体较大，考虑这一问题，可采用在不同坐标轴上建立三维空间应力以及位移分量的方法，完成受力分析过程。需注意的是，变流器的简化过程，必须保证计算精确合理，这一点十分重要。可通过对ProM中的中间曲面的应用，建立壳单元模型，相对于ANSYS的建模过程而言，中间曲面功能的应用效率更高。
薄壳与厚壳是需要了解的两种壳单元模型形式，前者一般不包括剪切变形，无需考虑该问题，则可建立薄壳，过程相对简单，只需将ProM有限元模型导入即可。如需考虑剪切变形的问题，则需建立厚壳，以确保能够满足壳单元模型建立的要求。
在变流器实体中，还包括安装支座等小零件，对变流器整体结构力学性能的影响较小，因此在建模过程中，无需考虑上述问题，以使建模过程以及具体模型得到简化。 2.2.2 焊缝与螺栓
变流器实体中，存在较多的焊缝以及螺栓，对实体力学性能的影响较大，有限元建模过程中，必须将其作为重点问题加以考虑。建立耦合和约束方程，能够使自由度联接得以实现，可
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以在利用上述基础的前提下，对焊接位置进行耦合约束处理，将自由度耦合，以实现对焊接情况的模拟。
手工电弧焊是焊接方法的一种，相对较为牢固，其强度与变流器实体基本一致，因此在建模过程中，无需考虑该接缝问题，将其删掉简化即可。
螺栓连接在以变流器为主的机械中十分常见，在有限元分析过程中，需对其加以重视。ANSYS具有非线性接触行为模拟能力，适用于对机械中螺栓连接情况的模拟，能够对有限元模型的建立带来支持。 2.2.3 有限元建模方法
有限元建模方法包括两种，分别为H法和P法。H法属有限元建模的常规方法，要求每个单元采用低阶次的插值多项式进行计算，各个单元的阶次不变，将有限元网格的密度作为变量，在不断改变变量的基础上，最终得到函数的最优解。P法同样属于有限元建模的一种方法，该方法要求将有限元网格的密度作为定值，将各单元函数的阶次作为变量，通过不断改变变量的方法，最终得到函数的最优解。可以看出，上述两种方法的区别仅在于变量的不同。通常情况下，在利用P方法进行有限元计算时，各单元的阶次一般需逐渐上升，并在此前提下，不断地完成函数的求解过程，通过迭代的方法，使函数的解能够逐渐趋近于真实。相对于H方法而言，P方法一般具有更少的网格，但计算量较大，这是其优势以及缺陷所在。考虑本次有限元分析的需求，决定采用H方法作为主要有限元计算方法而应用。 2.3 变流器柜体力学性能的测定
便利器柜体为不锈钢材质，屈服强度为205MPa，强度极限为520MPa，荷载情况如下：纵向5g、垂直1g时，应力176MPa，最大位移量0.442mm；纵向-5g、垂直1g时，应力158MPa，最大位移量0.443mm；纵向3g、垂直1g时，应力82.8MPa，最大位移量0.168mm；纵向-5g、垂直1g时，应力121MPa，最大位移量0.168mm。
观察应力以及位移变形量发现，该变流器柜体的最大应力，较不锈钢材料的屈服强度小，最大位移量未超出标准要求，表明材料的静强度能够达到要求。
测定同样发现，变流器柜体振动频率为67.25Hz，与设计要求30Hz相比更高，表明材料的刚度能够达到要求。 3 讨论
1）有限元分析方法，是ProE模型导入到ANSYS中的主要方法。
2）通过抽取中间曲面的方法，能够使有限元模型得到简化，科学处理螺栓与焊缝，是提高有限元计算数值准确的前提。