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时间:2018-09-21
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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。
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