隨著經(jīng)濟的發(fā)展，裝備制造業(yè)正面臨越來越激烈的競爭，如何使企業(yè)的產(chǎn)品在市場上保持領(lǐng)先地位；如何改進復雜的產(chǎn)品設(shè)計、減少重新設(shè)計；如何進行前期問題檢測與糾正；如何使產(chǎn)品質(zhì)量更高、問題更少，是從事裝備制造業(yè)每個設(shè)計者必須正視的問題，從而給產(chǎn)品的設(shè)計者提出了挑戰(zhàn)。正是在這樣的前提下，三維軟件得到巨大的發(fā)展，企業(yè)依靠三維設(shè)計軟件，使用強大的CAD／CAM／CAE功能，使得設(shè)計效率得到了大大的提高。目前，主要的三維軟件有SolidWorks、UniGraphics(UG)、Pro／Engineer、Inventor、CATIA等。

    SolidWorks是生信國際有限公司推出的基于windows的機械設(shè)計軟件，它不僅有強大的三維實體建模和二維工程圖生產(chǎn)功能，而且還擁有豐富的第三方支持軟件，可以實現(xiàn)加工、分析、仿真、逆向工程等工程應(yīng)用，由于其優(yōu)越的性價比，廣泛的應(yīng)用在中小企業(yè)中。

    ANSYS是美國ANSYS公司開發(fā)的大型通用有限元分析軟件，是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件，軟件主要包括了3部分，前處理模塊、分析計算模塊、后處理模塊，并且開發(fā)了與cad軟件的數(shù)據(jù)接口，其缺點為自身很難建立復雜的三維模型。

    Workebench是ANSYS公司提出的協(xié)同仿真環(huán)境，解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中CAE軟件的異構(gòu)問題。Workbench的仿真環(huán)境有3點與傳統(tǒng)仿真環(huán)境有所不同：①客戶化：Workbench像PDM那樣，利用與仿真相關(guān)的API，根據(jù)用戶的產(chǎn)品研發(fā)流程特點開發(fā)實施形成仿真環(huán)境，而且用戶自主開發(fā)的腳與ANSYS已有的API等。這一特點也稱為“實施性”；②集成性：Workbench把求解器看作一個組件，不論由哪個CAE公司提供的求解器都是平等的，在Workbench中經(jīng)過簡單開發(fā)都可直接調(diào)用；③參數(shù)化：Workbench對CAD系統(tǒng)的關(guān)系不同尋常。它不僅直接使用異構(gòu)CAD系統(tǒng)的模型，而且建立與CAD系統(tǒng)靈活的雙向參數(shù)互動關(guān)系。Workbench由4個模塊組成：DS、DM、DX、FE Modeler。

l SolidWorks與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

    ANSYS軟件提供了各種CAD軟件的專用接口，它可以識別IGES、ParaSolid、CATIA、SAT、CIF、Pro／E、UG等標準格式。SolidWorks與ANSYS進行有限元分析的數(shù)據(jù)交換主要有3種格式，即IGES、ParaSolid和ACIS格式：①ICES(初始化圖形交換規(guī)范)是一種三維繪制軟件與CAE軟件之間交換的通用交換格式，ANSYS本身內(nèi)置了IGES交換過濾器，它支持IGES格式文件的輸入。在SolidWorks的三維建模中，將已經(jīng)建好的三維模型另存為IGES格式，通過這樣的方法可以實現(xiàn)兩種軟件的數(shù)據(jù)交換；②ParaSolid同樣可以在SolidWorks中采用另存為的方式得到，所以SolidWorks中建好的模型可以通過這個方法導人ANSYS中；③SolidWorks能很容易生成ACIS格式，同時，ANSYS提供了與ACIS的接口，因此，通過ACIS格式可以實現(xiàn)SolidWorks與ANSYS的數(shù)據(jù)交換。用SolidWorks建模時輸出的格式應(yīng)避免使用IGES和ACIS格式，因為在實際的應(yīng)用工程中，導入的模型因為結(jié)構(gòu)復雜或三維建模的基準等問題產(chǎn)生一些元素丟失，經(jīng)常出現(xiàn)一些錯誤，所以對于初學者不建議采用此方法進行數(shù)據(jù)交換，除非有特殊要求才選用這兩種方法進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化。一般裝配體和零件的數(shù)據(jù)輸出使用ParaSolid格式，在使用ParaSolid格式時要注意SolidWorks與ANSYS的數(shù)據(jù)相匹配的問題。根據(jù)經(jīng)驗，在選擇PAPA版本時盡量選擇PAPAl4或更低的版本，ANSYS則使用ANSYS6．0以上的版本，同時，在SolidWorks與ANSYS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換中還應(yīng)注意單位設(shè)置保持一致。

2 COSMOSXpress、COSMOSworks功能

    SolidWorks不但提供與其它CAE軟件的數(shù)據(jù)接口，而且自身也提供了有限元分析模塊，即COSMOSXpmss和COSMOSworks功能。COSMOSXpress是COSMOSworks入門版本，可以對三維模型進行線性靜態(tài)分析，分析后可以得到模型的應(yīng)力分布圖、位移分布圖和模型的變形圖。而COSMOSworks可以進行線性靜態(tài)分析、頻率分析、線性扭曲分析、熱力分析、非線性分析、掉落測試分析和疲勞分析，其中，在線性靜態(tài)分析中可以繪制出各個方向上的位移、反作用力、接觸壓力、應(yīng)力和應(yīng)變。在線性靜態(tài)分析中，COSMOSXpress分析的結(jié)果和COSMOSworks分析的結(jié)果是一致的，所以在隨后的分析中，文中只給出了COSMOSXpress分析結(jié)果。

3 實例分析

    如圖所示，用SolidWorks繪制的模型為一固定支架，它有兩塊鋼板焊接而成，其中，固定板上開有4個規(guī)定孔，水平托盤承受4000Pa的均布壓力，計算支架的位移和應(yīng)力，已知材料的彈性模量為2．1×Pa，泊松比為0．28，材料的密度為7．8 x kg/.

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3．4結(jié)果對比

    表1為各CAE軟件的分析結(jié)果，通過分析可以看出各個結(jié)果比較接近，但SolidWorks的分析不如ANSYS和workbench精確，對于簡單的結(jié)構(gòu)分析，可以采用SolidWorks自帶的分析模塊，而對于復雜的結(jié)構(gòu)，它只有一定的使用和參考價值，建議使用ANSYS和workbench進行分析。

圖6 workbench的應(yīng)力分布圖

圖7 workbench位移分布圖

表1計算結(jié)果統(tǒng)計表

4結(jié)論

    介紹了通過SolidWorks軟件進行CAE仿真的幾種方法，并對軟件之間的數(shù)據(jù)交換問題進行了一定的闡述，通過COSMOSXpress、ANSYS和workbench對三維模型進行相應(yīng)的有限元分析，對比分析結(jié)果，從而進一步了解Solidworks軟件的CAE功能，結(jié)合其它分析軟件的優(yōu)點發(fā)揮其自身的優(yōu)勢，為廣大工程設(shè)計人員提供更好的幫助。