種類繁多的軟件在競(jìng)爭(zhēng)中合作，相信永遠(yuǎn)不會(huì)存在包打天下的軟件。在不得不面對(duì)的錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)接口前，或許人們?cè)谄谕霈F(xiàn)一種真正的“標(biāo)準(zhǔn)”接口，讓天下軟件俱歡顏。但在這一“法寶”尚未出世以前，誰能在這些復(fù)雜的接口中理出頭緒，誰也許就能先人一步得到用戶的廣泛認(rèn)可與愛戴。

　　以虛擬樣機(jī)為核心的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)推動(dòng)了CAE技術(shù)的內(nèi)涵和外延向更深、更廣的方向發(fā)展。一方面原有的學(xué)科更加工程實(shí)用化，學(xué)科方向不斷拓展，另一方面與相關(guān)技術(shù)日益結(jié)合，朝集成化、一體化的方向發(fā)展。

　　與CAD/CAM技術(shù)相同，所有CAE工作最初始的起點(diǎn)都是產(chǎn)品的幾何實(shí)體模型，而幾何模型的建立又相當(dāng)耗時(shí)耗力，據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)，分析人員常常在此花費(fèi)75%的時(shí)間，因而提高效率、避免重復(fù)勞動(dòng)最基本的出發(fā)點(diǎn)便是CAD與CAE之間共享幾何模型，即CAD-CAE接口 。

　　在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，CAE技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，除最先發(fā)展起來的有限元分析外，又誕生出多種不同學(xué)科的分析軟件，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析、可靠性分析成為CAE技術(shù)的重要分支，以離散理論為基礎(chǔ)的用于某些專業(yè)方向的專業(yè)軟件也日益成為CAE技術(shù)的重要組成部分。這些軟件之間相互補(bǔ)充、相互配合，大大豐富了CAE的內(nèi)涵，從而也就提出了相互之間數(shù)據(jù)傳遞的需求，即CAE-CAE接口。

　　上述兩類接口(CAE-CAE、CAD-CAE)依軟件、學(xué)科不同成熟程度參差不齊，而且以相當(dāng)快的速度不斷發(fā)展，本文以CAE中應(yīng)用最為廣泛的有限元技術(shù)為核心，闡述了CAE與相關(guān)技術(shù)的接口問題。

　　一、CAE與CAD的接口

　　CAD軟件中流行的實(shí)體模型建立方法有兩種：一種是基于特征的方法，該方法被廣泛應(yīng)用于Pro-Engineer和SoildWorks等軟件。另一種是基于表面的方法， CATIA與Unigraphics等軟件的用戶采用較多。不論哪種方法，CAD軟件的表面形態(tài)表示法大大超過了CAE軟件，因此，在CAD實(shí)體模型傳入CAE軟件過程中，必須將CAD模型中其他表示法的表面形態(tài)轉(zhuǎn)換到CAE軟件的表示法上，接口程序的良莠，取決于這種轉(zhuǎn)換精度的高低。在轉(zhuǎn)換過程中，程序需要解決好兩個(gè)問題：幾何圖形(曲線與曲面的空間位置)和拓樸關(guān)系(各圖形數(shù)據(jù)的邏輯關(guān)系)。通常幾何圖形的傳遞容易實(shí)現(xiàn)，而圖形間的邏輯關(guān)系容易出現(xiàn)接受困難而導(dǎo)致傳遞失敗。

　　目前數(shù)據(jù)傳遞的方式有兩種，一是通過專用數(shù)據(jù)接口傳遞;在該方法中，CAE程序可與CAD程序“交流”后生成與CAE程序兼容的數(shù)據(jù)格式。另一種方式是通過標(biāo)準(zhǔn)圖形格式傳遞;目前流行的圖形標(biāo)準(zhǔn)有IGES、SAT和ParaSolid。大多數(shù)CAD及CAE程序保留IGES接口，但由于該標(biāo)準(zhǔn)本身的不嚴(yán)格性，導(dǎo)致多數(shù)復(fù)雜模型的傳遞以失敗告終。SAT與ParaSolid標(biāo)準(zhǔn)較為嚴(yán)格，被多數(shù)CAD程序采用。

　　數(shù)據(jù)傳遞面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是，將導(dǎo)入CAE程序的CAD模型改造成適合有限元分析的模型。很多情況下導(dǎo)入CAE程序的模型可能包含許多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，如細(xì)小的孔、狹窄的槽、甚至是建模過程形成的小曲面等。這些細(xì)節(jié)往往不是基于結(jié)構(gòu)的考慮，保留這些細(xì)節(jié)，勢(shì)必徒增大量單元，甚至?xí)谏w問題的主要矛盾，對(duì)分析結(jié)果造成混淆視聽的負(fù)面影響。

　　另外，CAD模型的“完整性”問題是困擾網(wǎng)格剖分的另一障礙。對(duì)于同一接口程序，數(shù)據(jù)傳遞的品質(zhì)取決于CAD模型的精度。有些CAD模型對(duì)以視覺圖形和出圖為目的來說精度足夠，但對(duì)有限元網(wǎng)格剖分來說卻不能滿足要求。值得慶幸的是，這種問題通常可通過CAD軟件的“完整性檢查(Integrity-checking)”得以修正。

　　改造模型推薦的解決辦法是，回到CAD程序中按照分析的要求修改模型。一方面檢查模型的完整性，另一方面剔除對(duì)分析無用的細(xì)節(jié)特征。但很多情況下，這種“回歸”很難實(shí)現(xiàn)，模型的改造只有依靠CAE軟件自身。

　　CAE中最直接的辦法是軟件具有DEFEATURE功能，即剔除細(xì)部特征，該功能可以 “抹平”微小凸起、“填平”細(xì)小凹坑、將小曲面“融入”大曲面等。有些專用接口在模型傳遞過程中甚至允許自動(dòng)完成這種工作，并且通過網(wǎng)格剖分器檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷摹巴暾浴保绨l(fā)現(xiàn)“完整性”不滿足要求，接口程序可自動(dòng)進(jìn)行“完整性”修復(fù)。

　　當(dāng)幾何模型距CAE分析的要求相差太大時(shí)，還可利用CAE程序的造型功能修正幾何模型。“布爾運(yùn)算”是“切除”多余細(xì)節(jié)和修理“非完整”特征的有效工具。

　　二、CAE軟件之間的接口

　　除不同類型的CAE軟件間以合作分析為目的的數(shù)據(jù)接口外，歷史的原因及不同軟件分析結(jié)果互相驗(yàn)證的需求產(chǎn)生了有限元分析軟件之間的數(shù)據(jù)接口。

　　1. 有限元軟件的接口

　　歷史上許多有限元軟件只提供求解器，有限元模型的生成必須依靠其他軟件。由于前后處理與求解在不同的軟件中完成，相應(yīng)的接口因此產(chǎn)生。另外為方便用戶進(jìn)行不同軟件分析結(jié)果間的相互驗(yàn)證，以盡量排除各種原因的分析錯(cuò)誤與誤差，大多數(shù)有限元軟件之間都有數(shù)據(jù)接口。

　　不同軟件的數(shù)據(jù)格式不同，因此有限元軟件之間大多采用寫出、讀入文本格式的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行傳遞，傳遞的內(nèi)容也多以有限元模型的節(jié)點(diǎn)、單元信息為主，有些軟件間還能傳遞載荷信息及簡(jiǎn)單的分析設(shè)置。由于是不同軟件之間的傳遞，傳遞的有限元模型不可能完全支持作為求解器軟件的所有求解功能，求解生成的結(jié)果也不可能完全傳回作為后處理之用的軟件。這種方式雖然存在許多弊病，但卻可通過人工修改文本格式的數(shù)據(jù)文件增強(qiáng)對(duì)求解的支持，只是需要用戶對(duì)數(shù)據(jù)文件格式有足夠的了解。

　　2. 功能互補(bǔ)軟件間的數(shù)據(jù)接口

　　CAE軟件種類眾多，各自有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用領(lǐng)域，沒有也不可能有一家軟件可以解決所有的工程問題，因此仍需要與其他分析軟件的合作，ANSYS與ADAMS軟件的接口便是其中的一例。

　　ADAMS軟件是著名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件，分析對(duì)象主要是多剛體。但與ANSYS軟件結(jié)合使用可以考慮零部件的彈性特性。反之，ADAMS的分析結(jié)果可為ANSYS分析提供人工難以確定的邊界條件。

　　ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析的同時(shí)，可生成ADAMS使用的柔性體模態(tài)中性文件(即.mnf文件)。然后利用ADAMS中的ADAMS/Flex模塊將此文件調(diào)入ADAMS以生成模型中的柔性體，利用模態(tài)疊加法計(jì)算其在動(dòng)力學(xué)仿真過程中的變形及連接節(jié)點(diǎn)上的受力情況。這樣在機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型中就可以考慮零部件的彈性特性，提高系統(tǒng)仿真的精度。

　　反之，ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析時(shí)可生成ANSYS軟件使用的載荷文件(即.lod文件)，利用此文件可向ANSYS軟件輸出動(dòng)力學(xué)仿真后的載荷譜和位移譜信息。ANSYS可直接調(diào)用此文件生成有限元分析中力的邊界條件，以進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評(píng)估分析和研究，這樣可得到基于精確動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果的應(yīng)力應(yīng)變分析結(jié)果，提高計(jì)算精度。

　　與此類似的其他結(jié)合還有許多，如ANSYS軟件與振動(dòng)噪聲分析專業(yè)軟件SYSNOISE合作進(jìn)行噪聲與結(jié)構(gòu)響應(yīng)的耦合分析、與FE-SAFE結(jié)合進(jìn)行高級(jí)疲勞分析、與LINFLOW結(jié)合進(jìn)行氣彈動(dòng)力分析、與MEMSCAP結(jié)合進(jìn)行高級(jí)MEMS分析等等，這里不再贅述。

　　三、結(jié)束語

　　種類繁多的軟件在競(jìng)爭(zhēng)中合作，相信永遠(yuǎn)不會(huì)存在包打天下的軟件。在不得不面對(duì)的錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)接口前，或許人們?cè)谄谕霈F(xiàn)一種真正的“標(biāo)準(zhǔn)”接口，讓天下軟件俱歡顏。但在這一“法寶”尚未出世以前，誰能在這些復(fù)雜的接口中理出頭緒，誰也許就能先人一步得到用戶的廣泛認(rèn)可與愛戴。