基于proe和ansys的变流器柜体结构分析_cad_产品创新数字化(plm)_1031

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1、基于PROE和ANSYS的变流器柜体结构分析_CAD_产品创新数字化(PLM)0引言   高速、重载是铁路现代化的重要标志之一。列车速度的提高、轴重的增加，以及恶劣的运行工况对机车车辆各主要承载部件(轮对、构架、车体等)和安装设备(变流器、电气屏柜等)的安全性、可靠性提出了更高的要求。   然而在进行变流器柜体结构设计时，常常要求结构紧凑、质量轻，结构强度与寿命的评估就变得愈来愈复杂，愈来愈重要。要进行结构强度与寿命评估，经常需要参照有关的理论、方法、行业上的规范及材料的数据，而这些理论、方法、资料大多是经过大量实验、

2、工程实务归纳出来的。随着现代计算机技术和有限元技术的发展，有限元技术得到了广泛的应用，并与计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)密切结合，形成了现在计算机辅助工程(CAE)技术的整体构架。   当前CAD/CAE软件开发的趋势是专业化分工程度越来越高。ProE和ANSYS分别作为CAD和CAE领域的典型代表。ProE的机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具。ANSYS具有强大的网格划分、加载求解和后处理功能以及良好的开放性。ANSYS的几何建模功能相对较弱，如果利用ANSYS提供的建模方法建立变流器柜体的

3、装配模型，将是一个极其烦琐的过程，常常占据整个分析过程的70%以上，这使得分析人员不能够把主要精力放在产品的分析和优化上，大大浪费了分析人员的时间，也不能很好地利用设计人员已有的模型。虽然ProE与ANSYS分别都有相应模块向对方领域渗透，允许用户在购买足够模块的基础上实现相应操作，但是对于需要使用CAD/CAE集成系统的工程人员来说，单一的ProE或者ANSYS很难迅速优质地完成任务，较好的解决方案是充分利用ProE的三维建模功能，将模型数据导人ANSYS进行分析计算。本文将结合某变流器的静强度计算分析和模态分析，对

4、处理复杂模型的有限元分析进行阐述。模块，添加完载荷和约束，选择ANSYS求解器，运行网格划分，即可输出.ans文件，读人ANSYS后可得到包含了单元、节点、材料、载荷、约束等信息的有限元模型。1ProE模型导入ANSYS的方法1.1利用IGES中间标准格式转换   IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification，初始化图形交换规范)格式文件由一系列产品的几何、绘图、结构和其他信息组成，可以处理CAD/CAM系统中的大部分信息，亦受到绝大多数CAD/CAM系统的支持。这种格式文件的优点

5、是操作简单，而且通用性比较强，可以和大多数CAD和CAE软件兼容。但由于ANSYS内置的转换过滤程序允许输人部分模型参数，ANSYS有时把不能识别的特征省略掉，当ProE中建立的模型特征过多或结构过于复杂时，使用IGES文件格式输人到ANSYS后很可能产生模型断裂、丢失实体等情况，会直接影响模型后续分析的准确性。在模型导入成功后，也会出现因ANSYS无法对模型的一些特征进行网格划分的现象，使后续工作难以进行下去。1.2使用ANSYS-ProE接口转换   ANSYS在默认的状态下是不能直接对ProE中的.prt(或，a

6、sm)文件进行直接转换的。但是ANSYS软件安装选项中包含与ProE软件的接口模块“ConnectionforPro/Engineer"。此模块不仅能将ProE模型数据直接转换给ANSYS，同时也提供了以执行部件为基础的参数优化设计功能。该功能允许从建立以部件为基础的参数化ProE模型开始，用ANSYS程序对其进行优化，并以一个优化的模型结束，而且仍是以部件为基础的参数化模型。转换成功后，在ANSYS中对实体模型划分网格、施加载荷与边界条件，然后求解计算。1.3使用ANSYSWorkbenchEnvironment  

7、 ANSYSWorkbenchEnvironment(AWE)是ANSYS公司新近开发的新一代前后处理环境。几乎所有的CAD软件都可以应用AWE，从而直接将模型转化为ANSYS模型。AWE与多种CAD软件具有双向相关性，还提供了方便灵活的实体建模方法，协助用户进行几何模型的建立。目前主要用于实体模型的分析，不能对单元进行控制和操作，所以不能建立杆单元、弹簧单元或质点单元等。AWE仍在进一步发展和完善中。1.4ProE选择ANSYS作求解器输出转换文件   ProE软件包中包含了可用于有限元分析的Pro/MECHANIC

8、A模块(以下简写为Prom)，启动有限元分析2有限元模型2.1简化模型   变流器柜体多由钣金件、方钢组焊而成，变流器模块、控制箱、电力电容器、电抗器等由螺栓连接在柜体的安装板上。图1是某变流器结构示意图，装有两个重130kg的变流器模块、一个重20kg的控制箱和一个重20kg的电力电容器。