UG、ADAMS及ANSYS等软件联合仿真时数据交换的常见问题研究

于　冰苟向锋董　涛

（1.兰州交通大学机电工程学院，兰州730070；2.天津工业大学机械工程学院，天津300387；3.中国人民解放军68017部队，兰州730050）



UG、ADAMS及ANSYS等软件联合仿真时数据交换的常见问题研究

于冰1苟向锋2董涛3

（1.兰州交通大学机电工程学院，兰州730070；2.天津工业大学机械工程学院，天津300387；3.中国人民解放军68017部队，兰州730050）

摘要：本文分析将多软件联合仿真应用于多体系统的运动学及动力学研究上的必要性，探讨在建模与分析过程中，数据交换方式不当可能会导致的模型本身错误与分析结果错误，并进一步总结和研究利用UG、ADAMS及ANSYS等软件进行联合仿真时，进行数据交换遇到的常见问题的解决方法和注意事项。

关键词：联合仿真数据交换UG ADAMS ANSYS

引言

在如今的学术研究和生产制造中，CAD、CAM、CAE技术不可替代。运用计算机进行模型的建立和运动及动力学方面的研究已经成为趋势。不同软件各有专攻，所以对对象建立模型研究分析时，往往需要联合多个软件。这时，软件之间数据交换的准确与否，将直接影响建模与分析的准确性。本文将讨论应用UG NX、ADAMS及ANSYS等几种软件进行运动学及动力学仿真期间，数据交换可能出现的问题。

1 UG NX、ADAMS及ANSYS的联合仿真

UG NX是具有国际竞争力的、具有先进集成模块、针对机械产品的设计加工前期工作提供方便的建模过程的强大计算机辅助软件。它自身携带的包含对所有复杂零件进行高精度仿真的建模功能，以及把一个系统中各个零件集合到一个平台进行可视化装配的功能。UG软件在三维实体建模方面和在进行复杂模型装配方面，在国际上来讲都处于领先地位。

ADAMS软件是目前最具权威的机械系统动力学仿真软件。它通过在计算机上创建虚拟样机来模拟复杂机械系统的整个运动过程，从而达到改进设计质量、节约成本、节省时间的目的［1］。

ANSYS软件是当今最著名的有限元分析程序，其强大的分析功能已为全球工业界所广泛接受，成为拥有最大用户群的CAE软件供应商。特点：多场及多场耦合分析、多物理场优化、统一数据库及并行计算等，都代表着CAE软件的发展潮流。

ADAMS分析对象主要是多刚体，但与ANSYS软件结合使用可以考虑零部件的弹性特性。反之，ADAMS的分析结果可为ANSYS分析提供人工难以确定的边界条件［2］。

所以，各个软件各有所长，要集合不同的软件优点来建立模型并研究模型。这就是多软件联合仿真在设计制造行业和应用科学研究中成为大趋势的原因［3-4］，也说明探究软件间数据交换的准确性十分必要。

2 UG NX与ADAMS的数据交换

直接在ADAMS建立三维实体模型难度较大，尤其是当被研究对象难以简化，或是简化后不具备研究意义时，而运用成熟的建模软件建立准确模型，再将模型准确导入ADAMS中更加容易现实［5］。建模类的计算机辅助软件很多，如SolidWorks、Pro/E等。本文主要探究UG和ADAMS间的接口。

从UG中得到的三维模型可以通过软件接口导入到ADAMS中，但是STEP、IGES、DXF、DWG等部分格式会使模型导入ADAMS后出现数据的丢失，导致模型本身出现错误，三维模型将不能正常显示。经验发现，只有parasolid格式不会造成数据的丢失，可以使在UG中建立的三维实体模型及其装配关系在导入ADAMS中后得以继续存在。

parosolid文件在导入ADAMS后，为了进一步实现运动仿真及动力学仿真等功能，需要确定各个关键点的位置，建立marker。定义marker位置时会发现，ADAMS中对关键点进行捕捉的功能不健全，关键点跟靠近栅格时捕捉不准，使得对体、点或是轴线的选择很容易出错。

另外，虽然在ADAMS中也可以通过平移来确定模型与坐标系之间的相对位置，但是对复杂装配体来说，进行平移时选择零件容易出错，且通过测量功能得到的距离由于精度有限并不准确，所以移动后也可能不在理想位置。

鉴于以上两方面原因，为了便于更加便捷和准确地运用软件进行仿真，被研究对象的重要的点与轴线最好恰好与装配体的坐标系相重合。

经过多次试验验证，装配体在导入ADAMS后，坐标系不会随之导入。ADAMS中装配体的坐标系原点，通常就是在UG中装配时选择的第一个零件的坐标系原点。而parosolid文件在导入ADAMS后，在ADAMS环境中不能再重新建立具体坐标系，只能通过移动功能来重新定义导入模型与坐标系的关系。由于栅格精度的限制和在复杂装配体中选择零件困难，通过移动来定义的模型与坐标系的关系也会不尽准确。所以，在ADAMS动力学仿真前，应该在UG中进行三维建模期间，就将重要的点设置为坐标系原点。

3 ADAMS与ANSYS的数据交换

在实际的机械系统中，没有零件是绝对的刚体，所有零件都有一定的粘弹性或者弹塑性，都有可能产生形变。在进行运动学及动力学分析时，如果不考虑实际状况，将所有零件处理成刚体，将会造成很大误差。所以，在运用软件进行仿真时，将重要零部件正确处理成柔性体，将会提高整个系统仿真结果的准确性［6］。同理，整个机械系统的运动情况也反过来决定了每个零件的受力状态和运动状况，即决定了每个零件内部应力应变的分布。因此，对于被研究的机械系统，如果想要得到精确的仿真结果，就要考虑柔性体部件对系统整体的影响。或者，想要基于精确的动力学仿真结果对运动系统中的柔性体进行应力应变分析，就需要用到ANSYS与ADAMS两个软件联合仿真。

通过ANSYS软件与ADAMS软件之间的接口来定义被研究系统的重要构件柔性体化，继而考虑柔性体构件对机械系统运动的影响，并得到基于精确动力学仿真结果的应力应变分析结果，提高分析精度。所以，通过接口进行数据交换的准确性，决定了分析结果的准确性。

由于在ADAMS程序中可以处理不同的单位系统，所以要进行联合仿真，MNF文件中必须包含ANSYS分析所使用的单位信息。因此，必须使用命令/units来指定在ANSYS分析中所使用的单位系统是SI、CGS、BFT或BIN，再运行宏命令ADAMS。如果使用的不是上述四种单位系统，则需要使用下面的命令：

/units,user,＜L＞,＜M＞,＜T＞,＜F＞

命令中，L、M、T、F是SI单位系统与ANSYS分析中所使用单位系统的转换因子。

另外，在ANSYS程序中，柔性体与刚体连结位置处的节点，即外部节点，用于在ADAMS所进行的运动学及动力学分析中连结柔性体与刚体。通常来讲，一个关节位置的外部节点仅使用一个节点。如果柔性体与刚体的连结部位处为空心，则需在连结处创建一个节点作为外部节点。外部节点与其周围的柔性体节点一般使用刚性区域来定义。运行ADAMS宏之前要求选择节点，此时选择的节点会以外部节点来处理，所以此选择步骤不可缺少，且对柔性体的定义非常重要。

4 结论

第一，ADAMS想要准确读取从UG中导出的模型并进行准确仿真，需要在UG和ADAMS间进行数据交换时注意：选择正确的导出格式；在UG中进行装配时，选择适当的构件作为第一个选择的对象，并建立适当的坐标系。

第二，进行运动学及动力学分析时，将所有零件处理成刚体是不准确的，会造成很大的误差。如果考虑柔性体部件的影响，需要在ADAMS和ANSYS间进行数据交换时注意：单位系统需要统一转换为SI、CGS、BFT或BIN；外部节点作为刚体和柔性体间的节点，选择不可或缺且至关重要。

参考文献

［1］李增刚.ADAMS入门详解与实例［M］.北京：国防工业出版社，2006.

［2］张健，陈琳，张祺，起雪梅.“S”形齿轮参数化设计及有限元分析［J］.组合机床与自动化加工技术，2015，（3）：44-47.

［3］王秀山，杨建国，吴昊.基于Pro/E、ADAMS和ANSYS的齿轮减速器一体化开发平台［J］.上海交通大学学报，2007，（1）：1-4.

［4］姚涛.Pro/E、ADAMS与ANSYS在虚拟设计中的联合应用［J］.机械管理开发，2011，（2）：197-198.

［5］杨洪伟.Pro/E模型导入ADAMS问题探讨［J］.中国科技信息，2010，（6）：83-84.

［6］马伟强.机构构件工作过程中碰撞的动力学仿真分析［J］.机械制造与自动化，2008，（4）：38-39.

Common Research Questions UG, ADAMS and ANSYS Software Co-simulation Data Exchange

YU Bing1,GOU Xiangfeng2,DONG Tao3
（1.School of Mechanical and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070; 2.School of Mechanical Engineering, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387; 3.People's Liberation Army 68017 troops, Lanzhou 730050）

Abstract:This paper analyzes the necessity of combination of simulation software used in the kinematics and dynamics of multibody systems on the analyzes in the modeling and analysis process, the improper way data exchange model itself may result in error and analysis of results. When further review and study, UG, ADAMS, ANSYS software co-simulation, to resolve and precautions when exchanging data common problems encountered.

Key words:co-simulation,data exchange,UG,ADAMS,ANSYS