參數(shù)化塔機(jī)模型有限元分析中的接口技術(shù)_圖文

1、 三“腳刪Calculation二二;二二二=工程機(jī)械。:=三二三二41卷繃。年3月盈限元模型之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系。命令流用APDL語(yǔ)言編寫。APDL語(yǔ)言是ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言的縮寫,是一種允許使用參數(shù)并能完成一系列功能的程序語(yǔ)言。使用APDL可以:1運(yùn)用參數(shù)而不是用數(shù)值輸入模型尺寸、材料特性等;2從ANSYS數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取信息,如節(jié)點(diǎn)位置或最大應(yīng)力;3在參數(shù)中進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算;4將常用的命令或宏定義成縮寫形式;5建立宏,使用if-thenelse分支和do循環(huán)等來(lái)執(zhí)行一系列任務(wù)。以APDL語(yǔ)言編寫出的命令流,可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì),并集結(jié)塔機(jī)分析的全過(guò)程,省去了手動(dòng)分析的紛繁操作,與塔機(jī)實(shí)體模型的快速參

2、數(shù)化設(shè)計(jì)相結(jié)合形成了一致的快速設(shè)計(jì)分析過(guò)程。1.3命令流載入ANSYS的方式可以采用兩種方式將生成的命令流載入ANSYS,一是復(fù)制所有的命令流,粘貼在ANSYS的命令輸入框內(nèi);另一種是通過(guò)菜單上的file-,readinput from,導(dǎo)入*.txt,半.109等文件。1.4分析結(jié)果的處理將命令流載入ANSYS完成分析過(guò)程之后,就可以直接查看分析結(jié)果,即各點(diǎn)的應(yīng)力及大小、各部位的形變以及最大應(yīng)力、最大形變等,并將分析結(jié)果與設(shè)計(jì)要求,或者與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比。滿足設(shè)計(jì)要求,則說(shuō)明設(shè)計(jì)參數(shù)選擇合理;否則,重新選擇設(shè)計(jì)參數(shù),并重復(fù)以上過(guò)程,直至設(shè)計(jì)出滿足要求的塔機(jī)參數(shù)。2文本文件的管理和操作通過(guò)對(duì)

3、Pro/E進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),建立塔機(jī)的參數(shù)化設(shè)計(jì)模型,試取參數(shù)后將塔機(jī)的相關(guān)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中【l】。建立參數(shù)列表可以將參數(shù)化設(shè)計(jì)塔機(jī)模型中的全部參數(shù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出,同時(shí)也為以后的編寫命令流做好數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備,圖2為塔機(jī)參數(shù)化過(guò)程的所有參數(shù)。編寫命令流和輸出結(jié)果需要利用VB的文件管理功能,以下為實(shí)現(xiàn)過(guò)程。2.1引入文本系統(tǒng)對(duì)象模型VB6.0中的文件系統(tǒng)對(duì)象模型(FSO,File Systern Object提供了一整套對(duì)文件系統(tǒng)進(jìn)行管理和操一36圖2塔機(jī)的參數(shù)列表作的方法及屬性,實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用程序中使用文件。為使用FSO對(duì)象模型,必須先將其引入系統(tǒng)中,如圖3所示,選中Microsoft Scripti

4、ng Runtime項(xiàng)。圖3引用FSO對(duì)象模型在FSO對(duì)象模型中主要有以下5個(gè)對(duì)象,包含:File System Object;Drive;Folder;File;Text Streamo 通過(guò)對(duì)這些對(duì)象操作可實(shí)現(xiàn)FSO編程。在文本的編輯和輸入輸出過(guò)程中,主要用到的對(duì)象就是FileSystem Object。2.2建立File System Object對(duì)象File System Object對(duì)象是FSO模型中的核心對(duì)象,只有建立了File System Object對(duì)象,才能實(shí)現(xiàn)文本文件的創(chuàng)建、編輯和輸入輸出。其使用過(guò)程為:1創(chuàng)建1個(gè)File SystemObject對(duì)象;2根據(jù)應(yīng)用程序的需

5、要,通過(guò)調(diào)用File System Object對(duì)象中的方法創(chuàng)建新的對(duì)象;薹。第41卷2們。年3月。二=二:=。工程機(jī)械;:三二=:a昭枷and Ca/cu/a絨n,:三二3通過(guò)讀取新對(duì)象的屬性值獲取用戶所需的信息,或采取調(diào)用對(duì)象的方法進(jìn)行所需的操作。2.3編寫命令流通過(guò)建立的File System Object對(duì)象,編寫命令流文本文件,并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上,然后載入ANSYS軟件,完成分析過(guò)程。編寫文本文件時(shí)主要用到的函數(shù)是Write Line。在命令流的編寫過(guò)程中,需要將參數(shù)化列表中的參數(shù)轉(zhuǎn)化為命令流的參數(shù),通過(guò)參數(shù)化塔機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)來(lái)定義命令流中的材料屬性、桿件界面、桿件長(zhǎng)度、節(jié)點(diǎn)位置等。3命

6、令流的編寫過(guò)程編寫命令流的過(guò)程主要可以分為以下幾部分:初始化設(shè)置、前處理模塊和求解模塊。(1初始化設(shè)置。執(zhí)行清空內(nèi)存、設(shè)置單位、設(shè)置工程名及設(shè)置文件名等操作,為進(jìn)行新的分析作準(zhǔn)備。(2前處理模塊。首先定義模型性質(zhì),如:單元類型、材料、型號(hào)、定義截面以及桿件的類型等;其次,建立節(jié)點(diǎn)和單元;最后,施加合適的約束、耦合節(jié)點(diǎn)的自由度。(3求解模塊。在這個(gè)模塊里要施加載荷,包括:自身的重力、吊重、風(fēng)載等,最后進(jìn)行求解。4編寫命令流應(yīng)注意的問(wèn)題(1對(duì)Common section的Beam Tool中沒(méi)有的、非通用橫截面的定義問(wèn)題。ANSYS提供有幾種通用截面供用戶選用,但有時(shí)不能滿足用戶的特殊需求,如塔機(jī)

7、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的主弦桿截面,見(jiàn)圖4和圖5。為此,必須采用創(chuàng)建截面(庫(kù)的方法,需要?jiǎng)?chuàng)建1個(gè)非通用橫截面,并創(chuàng)建1個(gè)用戶網(wǎng)格文件。具體方法是:首先創(chuàng)建1個(gè)主弦桿截面實(shí)體模型,然后利用SECWRITE命令(Main Menu_Preprocessor_ Sections-+一BeamWrite Sec Mesh將其保存,過(guò)程如下:1創(chuàng)建主弦桿截面的幾何模型(1個(gè)有一定厚度的板,與厚度大小無(wú)關(guān);2對(duì)所有線設(shè)置單元份數(shù)或者單元最大尺寸(Main Menu-+Preprocessor-Meshing Size Controls-+ Lines-+Picked Lines或使用Mesh1;3選擇菜單Main Men

8、u-+Preprocessor-+Sec-tions-+Beam。Write Sec Mesh,彈出1個(gè)拾取窗口,圖4塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圖5主弦桿截面單擊Pick All拾取包含區(qū)格的所有面;4ANSYS自動(dòng)在所有面上創(chuàng)建區(qū)格。在劃分網(wǎng)格時(shí),ANSYS可能顯示單元形狀差的消息,也可以被忽略不顯示,但是總能看到一條消息“Unable to mesh area”。如果已經(jīng)完成上述工作,清除所有面上的單元(Main Menu-+Preprocessor-+Meshing_ Clear-+Areas,重復(fù)第2,3,4步,即必須重新控制網(wǎng)格密度;5如果第4步成功,則彈出Write Section Library

9、File對(duì)話框,在File Name域填入1個(gè)未用過(guò)的SECT文件名,Drives域指定1個(gè)截面文件存放驅(qū)動(dòng)器,Directories域指定1個(gè)截面文件存放目錄,然后單擊OK,完成用戶截面文件建立;6一旦完成上述工作,用戶可以在以后分析中讀取用戶網(wǎng)格文件,用SECREAD命令(Main Menu-+Preprocessor-+Sections_÷Beam一+Read Sect Mesh,定義成適當(dāng)?shù)慕孛鍵D號(hào),與通用粱的使用過(guò)程相同。如要檢查用戶截面,只需繪制截面(網(wǎng)格 一37二i娜a療d C,鋤xtlst/oo。二二I二”;工程機(jī)械。二j.I,一,ir第41卷2們。年3月+乏翟圖(

10、Main Menu-Preprocessor-÷.Sections+PloSection或者列表截面屬性(Main Menu-PreprocesSO廣+Sections-*List Sections。(2ANSYS的坐標(biāo)系中是沒(méi)有量綱的,為避免出錯(cuò),在整個(gè)模型中使用統(tǒng)一的單位。(3注意梁在空間的安放位置是否與實(shí)際相同。在使用BEAMl88單元建模時(shí),必須先定義截面形狀,而且必須指定1個(gè)方向點(diǎn)K,該單元的局部坐標(biāo)方向用第三點(diǎn)K來(lái)表示,也就是在建立單元時(shí),命令是E,.,K(E是建立單元的命令;,K為節(jié)點(diǎn)。x軸方向由,指向.,y軸方向是IK與U的矢量積的方向,XYZ是右手坐標(biāo)系。注意,.,

11、K絕不可以在同一直線上。在形成的每個(gè)梁?jiǎn)卧卸家?個(gè)方向節(jié)點(diǎn)(即額外節(jié)點(diǎn),它是梁?jiǎn)卧慕M成部分,所以不能被刪除。方向點(diǎn)K可以每定義為1個(gè)單元選用1個(gè),也可以先創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)K,在L命令創(chuàng)建線中不用定義K節(jié)點(diǎn),而是使用命令LATT來(lái)引用截面并自動(dòng)生成方向點(diǎn),而后用LMESH劃分單元,完成梁的定義。采用命令流建模,每定義1個(gè)單元就要選用1個(gè)方向節(jié)點(diǎn)K。在使用命令E創(chuàng)建單元時(shí),同一根梁定義在一起,選用同一方向節(jié)點(diǎn)。一根梁定義完成后,觀察其安放是否正確,及時(shí)修改。對(duì)于鋼管和拉桿,其截面沒(méi)有安放的方向,只要方向點(diǎn)K不在,.,所在的直線上即可,它們可以選用同一方向節(jié)點(diǎn)K。(4在編寫命令流時(shí),對(duì)于各部分要單

12、獨(dú)建模調(diào)試,在都沒(méi)有錯(cuò)誤的前提下再組裝塔機(jī)整體。由于各求解模塊所用的模型相同,可在GUI下進(jìn)行求解。5實(shí)例塔機(jī)的實(shí)體模型與ANSYS分析接口技術(shù)是參數(shù)傳遞的過(guò)程,下面就以標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的參數(shù)傳遞為例說(shuō)明整機(jī)參數(shù)傳遞的過(guò)程。(1對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行參數(shù)化,一種參數(shù)形成的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)如圖6所示。(2初始化命令流,進(jìn)行有限元模型的各種參數(shù)的設(shè)置。包括標(biāo)題、文件名和一些物理屬性的設(shè)置。初始化設(shè)置主要是為了能夠?qū)崿F(xiàn)每1個(gè)部件的單獨(dú)建模和調(diào)試,單獨(dú)調(diào)試完成之后,再生成整機(jī)的命令流,如圖7所示。初始化的主要程序代碼為:一38圖6參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)圖7命令流的初始化設(shè)置Dim ComdScream1Dim fso As New Fil

13、eSystemObjectDim file001As Stringfile001=”D:tower、ComdScream”&Textl.Text&”.txt”Set ComdScreaml=fso.CreateTextFile(flle00l-TmelComdScreaml.WriteLiBe”FINISH”Dim file003As Stringfile003=”/FILENAME.”&Text3.TextComdScream1.WriteLine file003按照同樣的方法設(shè)置單元類型,EX,PRXY, DENS及重力加速度。(3根據(jù)改變的參數(shù)編寫標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的命令流,

14、下面為幾個(gè)主要函數(shù)。Dim fso As New FileSystemObject建立文件系統(tǒng)Set ComdScreaml=fso.OpenTextFile(”d:.鏟.txt”,遂第鍆卷2們。年3月。:篡二:二=:=:。蓋程機(jī)械一:=二=二:;DI蝣枷and Ca/culm/on”:=ForAppending,True以追加方式打開(kāi)命令流文本文件strfile001=Adodcl.Recordsefl標(biāo)準(zhǔn)節(jié)高在參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出參數(shù)strfile002=Adodcl.Recordset!標(biāo)準(zhǔn)節(jié)寬在參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)中取出參數(shù)Dim jiemian1As StringDim jiemian2As St

15、ringjiemian l=”area”&strfile003&”一”&strfile004 &”一”&strfile005&It l!&strfile006參數(shù)傳遞,jiemianl為自定義的界面文件名的參數(shù)jiemian2=”SECREAD,“&jiemianl&”7,"SECT, "D:tower、areadefine7,MESH”本句命令流的功能是讀取自定義界面ComdScream1.WriteLine jiemian2編寫命令流,讀取自定義界面通過(guò)這樣傳遞的方式,編寫生成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的節(jié)點(diǎn)、方向節(jié)點(diǎn)

16、和單元的命令流。將編寫好的塔機(jī)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的命令流,通過(guò)菜單上的file-'吁ead input from 導(dǎo)入的方式載入ANSYSl0.0后,可以得到如圖8所示的結(jié)果。打開(kāi)實(shí)際形狀顯示功能(PLot CtrlStyle_size and Shape-*/ESHAPE設(shè)為ON,并且在菜單plot中選擇elements,就可以顯示ANSYS狀態(tài)下的實(shí)體模型圖。圖8標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的有限元模型在參數(shù)傳遞過(guò)程中,有些參數(shù)還要進(jìn)行一定的計(jì)算,如標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的桿件。在編寫命令流時(shí)節(jié)點(diǎn)的位置是在截面的形心,截面的形心可以在ANSYS里讀取,通過(guò)計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)的位置。參數(shù)化塔機(jī)的有限元模型,是由各個(gè)參數(shù)化部件的有限元模型整

17、合而成,其他參數(shù)化部件有限元模型的生成和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)同理;完成所有部件的調(diào)試之后,就可以生成參數(shù)化塔機(jī)的有限元模型。生成參數(shù)化塔機(jī)的有限元模型后就可以進(jìn)行整機(jī)的有限元分析,可以根據(jù)分析結(jié)果確定是否需要進(jìn)行參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化。參數(shù)調(diào)整或者重新輸入?yún)?shù)時(shí),首先在Pro/E的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境下,輸入塔機(jī)的新參數(shù)后,再生成新的命令流,最后載入ANSYS即可重復(fù)分析過(guò)程。6結(jié)束語(yǔ)本文介紹了建立參數(shù)化塔機(jī)有限元模型過(guò)程中的接口技術(shù),參數(shù)傳遞架起了塔機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)和塔機(jī)有限元分析的一個(gè)橋梁,并使參數(shù)化設(shè)計(jì)和有限元分析構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng),快速生成參數(shù)化的有限元模型,提高設(shè)計(jì)效率,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。本設(shè)計(jì)思想也同樣可以運(yùn)用于

18、其它工程機(jī)械的參數(shù)化設(shè)計(jì)及有限元分析系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中。參考文獻(xiàn)f1王良文,王雷.塔式起重機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)【J】.工程機(jī)械, 2008(12:2l一25.【2】趙偉,王良文,徐中明,等.塔式起重機(jī)整體結(jié)構(gòu)有限元分析【J】-機(jī)械與電子,2006(10:6770.【3】張立新,許長(zhǎng)航.ANSYS7.0基礎(chǔ)教程M】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:20.46.【4】陳曉霞.ANSYS7.0高級(jí)分析【M】.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004:278336.【5】周寧.ANSYS/APDL高級(jí)工程應(yīng)用實(shí)例分析與二次開(kāi)發(fā)【M】.北京:中國(guó)水利水電出版社,2007:10-287.通信地址:河南鄭州鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院1450002(收稿日期:2009-0921 一39參數(shù)化塔機(jī)模型有限元分析中的接口技術(shù) 作者： 作者單位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 王良文， 王雷， 趙北辰， 郭志強(qiáng)， 潘春梅 王良文,郭志強(qiáng),潘春梅(鄭州