NX前/后处理调用ANSYS解算器的方法和计算结果的对比

1.     背景

      据笔者多年来教学和培训过程中的观察和交流得知：CAE初学者最大的不自信就是对计算结果是否准确心存疑虑，在没有实验和测试验证的条件下，如何将自己的计算过程和结果进行对标呢？就此问题建议如下：

   （1）以经典教材中的习题作为练习题，通过CAE计算将结果和习题答案进行比较，一般这类习题内容和结构比较简单，但通过这类基础的练习可以很好地检测自己的CAE操作流程是否合理和熟练。

   （2）欲提高CAE水平则尽量多掌握一些市面上多款主流软件，这样采用一款软件对某个结构进行分析，可以将计算结果和另外一款软件计算结果进行对比，当然两者的材料属性、单元形状、边界条件和解算方案基本参数应该一致，这样才有可比性。

    （3）在没有实战项目的前提下，可以搜集专业期刊上的论文，以此建模和分析并将计算结果进行对比，当然论文中的模型和边界条件非常复杂，可以适当进行简化，这样计算结果的趋势和基本结论，能够和论文基本相符，那么也不失为一种很好的模拟实操方法。

（4）如果英文底子较好，可以查看软件帮助文件中的案例教程和验证手册，直接下载源模型并以此进行操作和计算，将计算结果和它提供的标准答案进行对比。

      本文介绍一种方法，采用NX前后处理并调用Ansys解算器的方法，将此计算结果和NX自带解算器（Simcenter Nastran）以及单独采用Ansys Workbench的计算结果进行对比，进一步对两种方法产生的结果误差进行分析并对结果的真实值初步评判，从而提高对CAE软件计算准确性的预测和把握能力。

2.     设置方法和计算条件

2.1     设置方法

      在成功安装NX1899和Ansys2020R2的基础上，设置方法和主要步骤如下：

   （1）首先确认Ansys2020R2执行文件所在的路径，比如所安装的路径为D：\Program Files\ANSYS2020\ANSYS Inc\v202\ansys\bin\winx64。

    （2）  修改电脑属性，在高级系统环境中的环境变量对话框中，新建一个变量名为：UGII_Ansys，其值为：D：\Program Files\ANSYS2020\ANSYS Inc\v202\ansys\bin\winx64\ansys2020R2.exe。

   （3）在NX安装文件中找到ugii_env_ug.dat文件，并用记事本打开并查找关键词：UGII_ANSYS，修改其表达式为：UGII_ANSYS=” D：\Program Files\ANSYS2020\ANSYS Inc\v202\ansys\bin\winx64\ansys2020R2.exe”，保存并退出记事本。

2.2 计算条件

     如图1所示为计算模型，材料为钢，密度为7850kg/m³，弹性模量为200Gpa，泊松比为0.3，单元为3D六面体（扫掠体），单元大小为2.5mm，左端面全部固定，右端面承受10000N向外的拉力，计算其最大的变形和冯氏应力（平均值）。

图1 计算模型及其尺寸

2.3 计算方案

    为了更全面体现NX和Ansys计算结果及其对比，本文制作3个计算方案，方案1是采用NX1899建模、前/后处理但解算器为Ansys2020R2，方案2是采用NX1899建模、前/后处理但解算器为其自带的Simcenter Nastran（解算类型为SOL101线性静态），方案3是采用Ansys2020R2 Workbench中的DM进行建模并采用Static Structural功能模块，这三个方案计算结果类型和评判指标一样，即最大变形量和最大冯氏应力。另外考虑计算规模不大，不考虑各种方案求解所需的时间。

     其中不同CAE软件单元类型、属性和参数有所不同，为了更好地说明问题，对Ansys提供的六面体8节点SOLID185(8)单元、六面体20节点SOLID186(20)单元和Simcenter Nastran提供的六面体8节点CHEXA(8)单元、六面体20节点CHEXA(20)单元分别进行计算。

3.     计算结果

3.1 方案1计算结果

     采用NX前后处理解算器为Ansys，单元类型SOLID185(8)的最大变形和最大冯氏应力云图如图2和3所示，单元类型为单元类型SOLID186(20)的大变形和最大冯氏应力云图如图4和5所示.

图2单元为SOLID185(8)的最大变形云图      图3单元为SOLID185(8)最大冯氏应力云图

图4单元为SOLID186(20)的最大变形云图       图5单元为SOLID186(20)最大冯氏应力云图

3.2 方案2计算结果

    采用NX前后处理解算器为Simcenter Nastran，单元类型为CHEXA(8)的最大变形和最大冯氏应力云图如图6和7所示，单元类型为CHEXA(20)的最大变形和最大冯氏应力云图如图8和9所示。

图6单元为CHEXA(8)的最大变形云图             图7单元为CHEXA(8)最大冯氏应力云图

图8单元为CHEXA(20)的最大变形云图         图9单元为CHEXA(20)最大冯氏应力云图

3.3 方案3计算结果

       采用Anys Workbench平台解算器为Static Structural、单元类型为系统默认的扫掠体单元，其计算得到的最大变形和最大冯氏应力云图如图10和11所示。

图10 方案3计算的最大变形云图              图11方案3计算的最大冯氏应力云图

4.     比较和说明

      将3个方案的计算结果列表1如下并进一步对比，可以得到有关结论：各个方案（包括解算器类型和单元类型）对计算结果中的变形量影响不大，但对应力值有所影响，可见在相同工况条件下单元类型（包括节点数）是影响应力计算精度的重要原因。

表1 三种方案计算结果

      本文无意、也不在于探究NX CAE和Ansys性能（功能、求解精度和求解时间等）的高下之分，而是通过针对同一个模型完成的求解过程及其计算结果的对比，去理解对计算精度有所影响的一些因素，从而获得学习和提高CAE软件实操能力一个途径和经验。

       本文仅仅对3D单元的实体模型进行计算和对比，2D和1D单元模型的计算和对比分析会在后续文章中作进一步的介绍、演示和研讨，感兴趣的学员敬请关注。