数据转换——实现信息交互资源共享

如何实现两个软件在建模和计算上的优势互补，更好的去利用现有模型进行体型优化设计？目前为止主要借助于二者之间的数据接口实现模型的转换，进行有限元分析，进而作为结构体型优化的依据。

MicroStation作为一款专业的二维和三维CAD设计软件，近年来在建筑、交通运输、水利工程等领域应用较为广泛，其完善的三维建模功能、高质量的动画渲染效果和强大的二次开发工具为其在设计院迅速推广提供了保障。而ANSYS作为一款大型通用有限元分析软件，以先进的计算方法和良好的可靠性、开放性也得到各行业广泛应用，作为专业CAE软件，其分析和后处理功能强大，而建模能力相对较弱。

MicroStation完成三维建模后通过导出为中间格式的模型，然后导入到ANSYS中，再利用ANSYS内部参数管理器编辑CAD模型、材料、边界条件等参数，然后进行网格剖分和加载求解。

＞＞图1 MicroStation三维模型

＞＞图2 ANSYS三维几何模型（加地基）

数据接口

数据接口又称数据转换接口，是一种能够实现两个以上系统间信息交换的程序或方法，数据接口的核心内容是由其中一个系统(文件)读出信息，将信息写入另一个系统(文件)。几乎所有的三维设计软件都有开发通用格式的数据接口模块，不同的MicroStation文件格式需要不同的ANSYS接口工具。MicroStation和ANSYS同时具备的数据类型主要有三 种 :IGES、 ACSI SAT、Parasolid。三种数据形式可以说可有利有弊，而又都不完全满足两者之间模型的100%融合，一定程度上仍需要相关人员进行后期处理。

IGES是目前广泛采用的中间格式之一，它是一种描述产品设计和制造信息的数据格式。标准的IGES格式默认支持线框、面域和实体模型的转换，数据文件后缀名为.igs。而MicroStation的实体模型转换，仅能以“面格式”导入到ANSYS中，且如果模型中有一个或者几个元素导入不成功，则会发生严重的数据丢失或者整个模型导入失败，因此不建议适用。

＞＞图3 ANSYS结构模型网格划分

＞＞图4 ANSYS结构沉降变形

＞＞图5 ANSYS结构X向应力

SAT模型文件以ASCII 文本格式存储，文件转换的对象只能是三维实体和面域，SAT文件中包含不同类型的几何实体时，可以设定图形输入类型是A11 entities。然而在MicroStation的导出功能中，SAT文件存在缺陷，默认仅支持一个对象操作，当然也可以先选择多个模型对象，然后导出，这样的结果会造成多模型的自动叠加，违背了模型的本意。

Parasolid格式文件扩展名为“.x_t”。是一个严格的边界表示的实体建模模块，它支持实体建模，通用的单元建模和集成的自由形状曲面/片体建模，但同样存在SAT格式的转换缺陷。这些缺陷无疑使得MicroStation和其他CAD或者CAE软件的模型转换上显得很不方便，这也是MicroStation应该继续加强的一面。

模型导出

对于水电行业来说，结构数值计算贯穿于我们设计的整个流程。其中三维模型的建立可以通过MicroStation本身的三维建模功能来实现，如图1为渡槽重力坝段的三维模型。模型细部结构对于计算结果影响很小，而划分网格可能会付出较大代价，一般在模型建好以后在导入之前，还需要对模型进行修正，删除模型中不必要的细节，对模型进行布尔合并，然后选择导出。

在此，我们选择SAT中间格式进行导出，导出方法为：MicroStation→File→Export→ACIS SAT，鼠标选择要导入的模型，设置保存路径和模型名称，版本及模型单位，点击OK，保存为SAT文件。

模型导入及计算

ANSYS作为一款通用的数值计算软件，主要由三部分组成：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。相对来说，该软件的建模功能远不及MicroStation，通过导入已有模型，从而避免了二次建模的重复性工作。导入方法：打开ANSYS→Import→SAT，选择模型文件打开，通过Reset PlotCtrls显示完整模型。

模型导入之后，根据我们在ANSYS的使用习惯，需要首先进行坐标调整。通常在ANSYS中调整坐标较难实现，一般是通过柱坐标系下复制或者移动模型，实际是绕轴线旋转得到。然后补充地基模型，那么整个几何模型就具备了。

为了方便划分网格和提高网格划分的质量，我们一般要先对结构进行分解成小的区域，材料分区的划分同样适用。分解完成后一定要粘连一下模型，确保各部位实体共面、共线、共点，这也是保证计算节点真正起到传递力和力矩的前提。

然后进行单元、材料属性定义及材料分区设置，完成网格划分，启动计算主程序。最后在后处理模块中，通过选择不同的查看方式，分析结构变形及应力情况。

以渡槽重力坝段为例，从建模、模型转换及数值计算的一体化设计流程，说明信息模型在MicroStation和ANSYS数据转换的可行性，但是由于该数据转换过程仅仅支持单向转换，很难做到CAE结构计算成果自动参数化体型优化的功能，因此，今后有必要继续深入研究两者之前的数据化集成技术。