采用UGNX、HyperMesh和ANSYS对加筋简支箱梁桥的建模分析

采用UGNX、HyperMesh和ANSYS对加筋简支箱梁桥的建模分析

陈金义

兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070

摘要：用UG几何建模功能优势、HyperMesh网格划分能力优势以及ANSYS的有限元分析功能，采用将三者结合的分析方法，进行加筋简支梁桥建模，分析对比了各个软件的优势，通过优势建模缩短了有限元所需的时间。

关键词：几何建模；网格划分；Ansys；

Abstract：UGgeometricmodelingfunctionaladvantages，HyperMeshgridcapacityadvantageandANSYSfiniteelementanalysisoffunctions，bycombiningthreeanalysismethods，reinforcementmodelingofsimplysupportedgirderbridge，comparedtheadvantagesofinpidualsoftware，throughadvantagemodelshortensthefinitetimerequired.

Keywords：geometricmodeling；mesh；Ansys；

引言

随着计算机辅助设计（CAD）和计算机分析（CAE）的发展起来的有限元分析，成为解决复杂的工程分析计算问题的有效解决方案，算法的不断更新和适应更多需求的，出现了很多的CAD/CAE软件，例如UG软件、HyperMesh和ANSYS软件就是其中应用比较广泛的软件。对于一般结构，使用某一软件即可进行完整的有限元分析，但往往过程较复杂、效率不高且易出错。因此，可以结合软件的特点进行优势建模。本文在对其进行分析过程中的几何建模、网格划分、分析计算各个不同分析阶段分别采用不同的软件，先后使用UG软件、HyperMesh软件、ANSYS软件的各自特点，以提高解决问题的效率和精度。

1UGNX、HyperMesh和ANSYS软件及其特点

UG是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，UGNX采用复合建模技术，融合了实体建模、曲面建模和参数化建模等多方面的技术，摒弃了传统建模设计意图传递与参数化建模严重依赖草图，以及生成和编辑方法单一的缺陷。用户可根据自身需要和习惯选择适合自身的建模方法。它最突出的优点就是其几何建模功能，但它在有限元网格划分及有限元分析计算和后处理方面的功能较为薄弱。

Hypermesh软件是美国Altair公司的产品，是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，在有限元前后处理领域，高质量的网格划分和图形表现能力仍然是关注的重点，现在的模型规模己经是以前的上千倍，用户期望处理这样的模型时能与软件流畅地交互，HyperMesh和HyperView在这方面仍然优势明显，被广泛地接受为标准的有限元前后处理平台。

ANSYS软件是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析（FEA）软件。经过三十多年的发展，可以进行结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。虽然其内有几何建模模块，用户交互性不友好，在处理复杂几何模型时，其建模功能远不如专业化几何建模软件UG强大，在网格划分方面也与专业化的有限元前后处理软件HyperMesh有一定的差距。

综上所述，利用UG对箱梁几何建模，然后利用HyperMesh划分网格建立有限元模型，采用ANSYS进行分析计算，可以综合运用三个软件的优势，有效地提高整个分析计算过程的速度和质量。

2基于UG的加筋箱梁几何模型建立

建立几何模型是建立有限元模型的前提，是进行有限元分析的基础和重要步骤。由于HyperMesh和ANSYS软件的建模功能都比较薄弱，本文选用UGNX软件作为实体几何建模工具，建立加筋箱梁桥的几何模型。使用UG软件建立几何模型后，保存为“*.iges”或“*.igs”格式，以备HyperMesh调用进行网格划分。IGES是一种被普遍接受的中间标准格式，用来在不同的CAD和CAE系统之间交换几何模型。

3基于HyperMesh加筋箱梁有限元模型的建立

通常，建立有限元模型所花费的时间约占整个分析时间的80%左右。由此可见，建立正确可靠的有限元模型是一项极为重要且复杂的工作。因此，有必要采用专业化的有限元前处理工具来建立有限元模型以提高建模速度和建模质量。HyperMesh的主要功能体现在可以通过一系列处理过程把几何模型转化为高质量的有限元模型，为准确高效的有限元分析打下基础。

有限元方法的基本思想是将结构离散化，用有限个容易分析的单元来表示复杂的对象，单元之间通过有限个节点相互连接，然后根据变形协调条件列出平衡方程综合求解。本模型中钢筋分布比较匀称，所以截面上有钢筋的部分可以通过hypermesh中的添加硬点方法实现，在划分混凝土网格的时候，会自动经过这些布置的点，然后面网格再拖拽为六面体网格。

网格疏密是指在结构不同的部位采用疏密不同的网格，这是为了适应计算数据分布不同的特点。在形状较为复杂、计算数据变化梯度较大的部位（如应力集中处），为了较好地反映数据变化规律，需要采用比较密集的网格；而在结构相对简单、变形不大、计算数据变化梯度较小的部位，为减小模型规模，则应划分相对稀疏的网格。这样，整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式，如图2（a）所示。这样的划分方法既保证了网格划分的准确性，又有利于提高分析效率。

4施加边界条件

对有限元模型施加边界条件的原则就是：在反映真实情况的前提下，对力和载荷进行合理的简化。在施加边界条件的过程中还要具体情况具体对待，综合考虑模型结构、分析目的、试验数据等因素。

HyperMesh的BCs下拉菜单或者Analysis页面提供了多种施加边界条件的菜单，用户可以方便地施加约束、力、力矩、压力等边界条件，并且能够直观地看出施加的载荷大小及方向，导出为ansys模板模型文件，打开ansys导入，荷载、边界条件等也可以在ansys中添加，具体问题看具体的模型分析选择用户适宜的方式。

5结论

综合应用UG、HyperMesh和ANSYS软件进行有限元分析及其前后处理，可充分发挥各种软件的优势，使建模、网格划分、计算分析及结果处理等过程操作方便、计算准确、提高精度。实例证明，ansys在划分网格时，如果几何模型比较复杂或者单元尺寸较小的情况下，划分速度慢，延长了建模周期，而综合运用这三类软件进行复杂几何模型建模，有利于提高速度。

参考文献：

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[2]王新敏.ansys工程结构数值分析[M].人民交通出版社，2007

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[4]王丽晋，顾理生，任志国.ANSYS实体建模与直接建模方法比较[J].国防交通工程与技术，2005第4期