ANSA--大型CAE的有限元前处理“助手” - 文章

ANSA--大型CAE的有限元前处理“助手”

作者：北京怡格敏思软件公司余剑英王慎平

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一般来说，CAE分析工程师80％的时间都花费在了有限元模型的建立和修改上，真正的分析求解时间也消耗在了计算机上，所以采用一个功能强大、使用方便灵活并能够与众多CAD系统和有限元求解器方便地进行数据交换的有限元前后处理工具对于提高有限元分析工作的质量和效率具有十分重要的意义。

支持结构和流体网格

ANSA是一个高性能的有限元前处理器，它具有强大的有限元网格前处理功能，支持结构和流体网格。在处理几何模型和有限元网格的效率和质量方面，ANSA具有很好的速度、适应性和可定制性，并且模型规模没有软件限制，而其他很多有限元前处理软件在读取复杂的大规模模型数据时需要很长时间，而且很多情况下并不能够成功导入模型，致使后续的CAE分析工作无法进行。ANSA强大的几何处理能力使其可以很快读取那些结构非常复杂、规模非常庞大的模型数据，从而大大提高了CAE分析工程师的工作效率，也使得很多应用其他前后处理软件很难解决甚至根本不能解决的问题迎刃而解。

开放的平台

图1是ANSA中有限元分析的流程，从中可以看出，ANSA是一个开放的企业级CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有非常出色的性能以及高度的开放性和灵活性。ANSA具有工业界主要的CAD数据格式接口，它不仅与CAD软件具有很好的集成性，可以直接把已经生成的三维实体模型导入到ANSA中，而且导入模型的质量都很高，基本上不需要对模型进行修复，大大方便了CAE工程师对模型的处理。

图1 在ANSA中进行有限元分析的流程图

ANSA支持很多不同的求解器输入/输出格式，几乎所有业界常用的求解器在ANSA中都有接口，用户在利用ANSA划分好模型的有限元网格后，可以直接把计算模型转化成不同的求解器文件格式，从而利用相应的求解器进行计算，因此，ANSA可以作为企业级的CAE应用平台，即统一利用ANSA进行网格划分，然后对于不同的问题利用不同的求解器进行求解，可大大提高分析效率。

友好的界面

ANSA的用户界面友好（图2），与其它前处理软件相比，ANSA界面的最大优势是采用一级菜单系统，几乎所有的功能按钮都可以在工具栏中找到，通过一到两次点击就能完成大部分目标操作，大大提高了建模效率，并且ANSA软件的用户手册和在线帮助对ANSA的功能使用都做了详细的介绍，具有针对性的实例也使用户可以快速掌握软件的功能及使用。

图2 ANSA界面

ANSA把各种功能键分为TOPO、MESH、DECK三大类，分别用于几何模型、网格、求解工作定义的各种不同功能，另外又跟据操作对象的不同把功能键进行了更细的分类，并称之为“功能群”，用户可以快速地找到功能按钮，加快建模速度。

六种求解器被直接集成在ANSA环境，在ANSA界面中就可以完成几乎所有的分析工作，定义完成后只需把文件用相应的求解器格式输出，然后利用求解器提交计算，并且不同的求解器之间可以进行协同工作。

领先的技术与功能

以领先的技术为支撑，ANSA功能强大并日趋完善，以下介绍其中一些主要的功能：

1、拓扑显示及几何清理
几何模型在导入有限元前处理器的过程中会发生显示上的错误，而ANSA提供了先进而有效的几何清理和修复工具，其强大的几何功能可以非常方便地进行几何实体定义和修改，其自动识别孔、圆角和边角等小特征方便用户进行快速的半自动几何清理，还有其自动识别并关联对称特征等，这些功能使用户能够快速修复CAD数据而不用重新建立复杂的几何模型。

2、抽中面功能
ANSA的半自动抽中面功能可以帮助用户正确有效地建立偏置后的模型，把偏置后的位置和特征的厚度关联起来，并可选择固定特征的内表面或外表面并对其进行偏移作为中面。

3、几何关联
ANSA的一个很重要的特点是CAD模型(几何数据)与网格模型是相关联的，也就是说对CAD模型所做的修改将会反映到网格模型上，在网格完成后，用户只需要按下A.MESH按钮，当对模型进行几何修改时，ANSA就会自动利用前次使用的网格生成准则对网格进行重新划分并自动执行网格重建功能。

4、部件管理
部件管理工具使用户可在部件级上与数据库进行对话，方便地进行部件替换、删除、保存、分开保存等操作。通过部件管理模块，用户可以在不用重新焊接或重新建立边界条件的情况下更新部件。

5、焊点的自动定义
ANSA具有很强的焊点定义功能，用户可以使用多种方式定义连接点：通过CAD数据文件自动识别焊点；连接关系表述文件输入；利用坐标输入创建三维空间点，然后再转化为连接点；以VIP、XML格式输入；利用ANSA的连接点定义功能。

连接点定义完成后，利用ANSA专用的连接点管理工具便可方便快捷地创建依赖于单元和独立于单元的两种连接关系。

6、网格的生成
□ 面网格生成功能
ANSA具有强大的面网格创建、质量检查、质量改进工具，ANSA生成的面网格与几何面是相关联的，在几何上的修改将会反映到网格模型上，大大提高了网格生成速度，同时ANSA点线面的操作功能强大，保证用户可方便灵活地对基本几何特征进行操作；ANSA提供多种网格生成准则，使用户根据面的不同几何形状生成合适的网格分布；质量检查工具可以辅助用户对生成的网格质量进行监控，并能输出详细的网格质量报告，使用户清楚地了解网格的质量等级；网格质量检查完成后，ANSA又提供了功能丰富的网格质量改进工具，包括对整体网格质量的改进、局部网格质量的改进和个别网格质量的改进，自动和手动两种方式可混合使用，使用户可方便快捷地对网格的质量进行改进，达到预期要求。

□ 体网格生成功能

ANSA中有两种体网格生成模式：自动生成四面体和五面体（楔形或金字塔形）网格、半自动生成六面体和五面体（楔形）网格。ANSA具有六种六面体网格生成功能，分别针对不同的几何形状进行体网格划分，能满足任何形状的体模型网格创建。图3是一个在ANSA中完成的活塞体网格模型。

图3 在ANSA中完成的活塞体网格模型

众所周知，面网格的质量是体网格质量的基础，ANSA强大的面网格工具确保了体网格的高质量，同样ANSA也提供了体网格质量检查和改进工具，使用户能方便地对质量较差的网格进行质量改进。

□ 流体网格功能：

ANSA支持流体网格，拥有强大的流体网格功能（图4），能为流体分析软件提供高质量的、符合用户要求的流体网格。

图4 在ANSA中完成的某轿车流体网格模型

在生成流体网格前，ANSA利用其强大的拓扑功能、CAD功能为生成网格做好准备，ANSA会根据模型的几何曲率自动分配网格的节点数，控制网格大小及增长速率，限制最小和最大网格以及特征角，然后利用网格检查功能，根据用户的使用要求对网格进行检查，并完成自动或手动的网格质量改进，同样，ANSA能快速方便地完成四面体和六面体流体网格。

7、汽车分析专用工具

ANSA具有专门针对汽车分析的功能，在汽车安全分析中，可以快速定位和约束假人模型、安全带、安全气囊，它支持各种通用的假人模型，可读入假人的零件布置和定位文件，也能在作为变形体或刚体的假人模型中自动创建零件的层次关系。ANSA使用面网格创建安全带模型，并自动把它定位在假人模型上（图5），这样就大大节省了时间，提高了效率，因此，ANSA在汽车行业中的应用非常广泛。

图5 ANSA中的假人和安全带模型

(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/26/2005)


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