参数化塔机模型有限元分析中的接口技术_图文

1、 三“脚删Calculation二二;二二二=工程机械。:=三二三二41卷绷。年3月盈限元模型之间的数据联系。命令流用APDL语言编写。APDL语言是ANSYS参数化设计语言的缩写,是一种允许使用参数并能完成一系列功能的程序语言。使用APDL可以:1运用参数而不是用数值输入模型尺寸、材料特性等;2从ANSYS数据库中获取信息,如节点位置或最大应力;3在参数中进行数学运算;4将常用的命令或宏定义成缩写形式;5建立宏,使用if-thenelse分支和do循环等来执行一系列任务。以APDL语言编写出的命令流,可以实现参数化设计,并集结塔机分析的全过程,省去了手动分析的纷繁操作,与塔机实体模型的快速参

2、数化设计相结合形成了一致的快速设计分析过程。1.3命令流载入ANSYS的方式可以采用两种方式将生成的命令流载入ANSYS,一是复制所有的命令流,粘贴在ANSYS的命令输入框内;另一种是通过菜单上的file-,readinput from,导入*.txt,半.109等文件。1.4分析结果的处理将命令流载入ANSYS完成分析过程之后,就可以直接查看分析结果,即各点的应力及大小、各部位的形变以及最大应力、最大形变等,并将分析结果与设计要求,或者与实际试验结果相对比。满足设计要求,则说明设计参数选择合理;否则,重新选择设计参数,并重复以上过程,直至设计出满足要求的塔机参数。2文本文件的管理和操作通过对

3、Pro/E进行二次开发,建立塔机的参数化设计模型,试取参数后将塔机的相关设计数据存放在数据库中【l】。建立参数列表可以将参数化设计塔机模型中的全部参数从数据库中读出,同时也为以后的编写命令流做好数据的准备,图2为塔机参数化过程的所有参数。编写命令流和输出结果需要利用VB的文件管理功能,以下为实现过程。2.1引入文本系统对象模型VB6.0中的文件系统对象模型(FSO,File Systern Object提供了一整套对文件系统进行管理和操一36图2塔机的参数列表作的方法及属性,实现在应用程序中使用文件。为使用FSO对象模型,必须先将其引入系统中,如图3所示,选中Microsoft Scripti

4、ng Runtime项。图3引用FSO对象模型在FSO对象模型中主要有以下5个对象,包含:File System Object;Drive;Folder;File;Text Streamo 通过对这些对象操作可实现FSO编程。在文本的编辑和输入输出过程中,主要用到的对象就是FileSystem Object。2.2建立File System Object对象File System Object对象是FSO模型中的核心对象,只有建立了File System Object对象,才能实现文本文件的创建、编辑和输入输出。其使用过程为:1创建1个File SystemObject对象;2根据应用程序的需

5、要,通过调用File System Object对象中的方法创建新的对象;薹。第41卷2们。年3月。二=二:=。工程机械;:三二=:a昭枷and Ca/cu/a绒n,:三二3通过读取新对象的属性值获取用户所需的信息,或采取调用对象的方法进行所需的操作。2.3编写命令流通过建立的File System Object对象,编写命令流文本文件,并存储在计算机上,然后载入ANSYS软件,完成分析过程。编写文本文件时主要用到的函数是Write Line。在命令流的编写过程中,需要将参数化列表中的参数转化为命令流的参数,通过参数化塔机系统的参数来定义命令流中的材料属性、杆件界面、杆件长度、节点位置等。3命

6、令流的编写过程编写命令流的过程主要可以分为以下几部分:初始化设置、前处理模块和求解模块。(1初始化设置。执行清空内存、设置单位、设置工程名及设置文件名等操作,为进行新的分析作准备。(2前处理模块。首先定义模型性质,如:单元类型、材料、型号、定义截面以及杆件的类型等;其次,建立节点和单元;最后,施加合适的约束、耦合节点的自由度。(3求解模块。在这个模块里要施加载荷,包括:自身的重力、吊重、风载等,最后进行求解。4编写命令流应注意的问题(1对Common section的Beam Tool中没有的、非通用横截面的定义问题。ANSYS提供有几种通用截面供用户选用,但有时不能满足用户的特殊需求,如塔机

7、标准节的主弦杆截面,见图4和图5。为此,必须采用创建截面(库的方法,需要创建1个非通用横截面,并创建1个用户网格文件。具体方法是:首先创建1个主弦杆截面实体模型,然后利用SECWRITE命令(Main Menu_Preprocessor_ Sections-+一BeamWrite Sec Mesh将其保存,过程如下:1创建主弦杆截面的几何模型(1个有一定厚度的板,与厚度大小无关;2对所有线设置单元份数或者单元最大尺寸(Main Menu-+Preprocessor-Meshing Size Controls-+ Lines-+Picked Lines或使用Mesh1;3选择菜单Main Men

8、u-+Preprocessor-+Sec-tions-+Beam。Write Sec Mesh,弹出1个拾取窗口,图4塔身标准节图5主弦杆截面单击Pick All拾取包含区格的所有面;4ANSYS自动在所有面上创建区格。在划分网格时,ANSYS可能显示单元形状差的消息,也可以被忽略不显示,但是总能看到一条消息“Unable to mesh area”。如果已经完成上述工作,清除所有面上的单元(Main Menu-+Preprocessor-+Meshing_ Clear-+Areas,重复第2,3,4步,即必须重新控制网格密度;5如果第4步成功,则弹出Write Section Library

9、File对话框,在File Name域填入1个未用过的SECT文件名,Drives域指定1个截面文件存放驱动器,Directories域指定1个截面文件存放目录,然后单击OK,完成用户截面文件建立;6一旦完成上述工作,用户可以在以后分析中读取用户网格文件,用SECREAD命令(Main Menu-+Preprocessor-+Sections_÷Beam一+Read Sect Mesh,定义成适当的截面ID号,与通用粱的使用过程相同。如要检查用户截面,只需绘制截面(网格 一37二i娜a疗d C,锄xtlst/oo。二二I二”;工程机械。二j.I,一,ir第41卷2们。年3月+乏翟图(

10、Main Menu-Preprocessor-÷.Sections+PloSection或者列表截面属性(Main Menu-PreprocesSO广+Sections-*List Sections。(2ANSYS的坐标系中是没有量纲的,为避免出错,在整个模型中使用统一的单位。(3注意梁在空间的安放位置是否与实际相同。在使用BEAMl88单元建模时,必须先定义截面形状,而且必须指定1个方向点K,该单元的局部坐标方向用第三点K来表示,也就是在建立单元时,命令是E,.,K(E是建立单元的命令;,K为节点。x轴方向由,指向.,y轴方向是IK与U的矢量积的方向,XYZ是右手坐标系。注意,.,

11、K绝不可以在同一直线上。在形成的每个梁单元中都要生成1个方向节点(即额外节点,它是梁单元的组成部分,所以不能被删除。方向点K可以每定义为1个单元选用1个,也可以先创建关键点K,在L命令创建线中不用定义K节点,而是使用命令LATT来引用截面并自动生成方向点,而后用LMESH划分单元,完成梁的定义。采用命令流建模,每定义1个单元就要选用1个方向节点K。在使用命令E创建单元时,同一根梁定义在一起,选用同一方向节点。一根梁定义完成后,观察其安放是否正确,及时修改。对于钢管和拉杆,其截面没有安放的方向,只要方向点K不在,.,所在的直线上即可,它们可以选用同一方向节点K。(4在编写命令流时,对于各部分要单

12、独建模调试,在都没有错误的前提下再组装塔机整体。由于各求解模块所用的模型相同,可在GUI下进行求解。5实例塔机的实体模型与ANSYS分析接口技术是参数传递的过程,下面就以标准节的参数传递为例说明整机参数传递的过程。(1对标准节进行参数化,一种参数形成的标准节如图6所示。(2初始化命令流,进行有限元模型的各种参数的设置。包括标题、文件名和一些物理属性的设置。初始化设置主要是为了能够实现每1个部件的单独建模和调试,单独调试完成之后,再生成整机的命令流,如图7所示。初始化的主要程序代码为:一38图6参数化的标准节图7命令流的初始化设置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按照同样的方法设置单元类型,EX,PRXY, DENS及重力加速度。(3根据改变的参数编写标准节的命令流,

14、下面为几个主要函数。Dim fso As New FileSystemObject建立文件系统Set ComdScreaml=fso.OpenTextFile(”d:.铲.txt”,遂第钔卷2们。年3月。:篡二:二=:=:。盖程机械一:=二=二:;DI蝣枷and Ca/culm/on”:=ForAppending,True以追加方式打开命令流文本文件strfile001=Adodcl.Recordsefl标准节高在参数数据库中取出参数strfile002=Adodcl.Recordset!标准节宽在参数数据库中取出参数Dim jiemian1As StringDim jiemian2As St

15、ringjiemian l=”area”&strfile003&”一”&strfile004 &”一”&strfile005&It l!&strfile006参数传递,jiemianl为自定义的界面文件名的参数jiemian2=”SECREAD,“&jiemianl&”7,"SECT, "D:tower、areadefine7,MESH”本句命令流的功能是读取自定义界面ComdScream1.WriteLine jiemian2编写命令流,读取自定义界面通过这样传递的方式,编写生成标准节的节点、方向节点

16、和单元的命令流。将编写好的塔机标准节的命令流,通过菜单上的file-'吁ead input from 导入的方式载入ANSYSl0.0后,可以得到如图8所示的结果。打开实际形状显示功能(PLot CtrlStyle_size and Shape-*/ESHAPE设为ON,并且在菜单plot中选择elements,就可以显示ANSYS状态下的实体模型图。图8标准节的有限元模型在参数传递过程中,有些参数还要进行一定的计算,如标准节的杆件。在编写命令流时节点的位置是在截面的形心,截面的形心可以在ANSYS里读取,通过计算得到节点的位置。参数化塔机的有限元模型,是由各个参数化部件的有限元模型整

17、合而成,其他参数化部件有限元模型的生成和标准节同理;完成所有部件的调试之后,就可以生成参数化塔机的有限元模型。生成参数化塔机的有限元模型后就可以进行整机的有限元分析,可以根据分析结果确定是否需要进行参数调整及优化。参数调整或者重新输入参数时,首先在Pro/E的二次开发环境下,输入塔机的新参数后,再生成新的命令流,最后载入ANSYS即可重复分析过程。6结束语本文介绍了建立参数化塔机有限元模型过程中的接口技术,参数传递架起了塔机参数化设计和塔机有限元分析的一个桥梁,并使参数化设计和有限元分析构成了一个有机的系统,快速生成参数化的有限元模型,提高设计效率,缩短产品开发周期。本设计思想也同样可以运用于

18、其它工程机械的参数化设计及有限元分析系统的开发中。参考文献f1王良文,王雷.塔式起重机参数化设计【J】.工程机械, 2008(12:2l一25.【2】赵伟,王良文,徐中明,等.塔式起重机整体结构有限元分析【J】-机械与电子,2006(10:6770.【3】张立新,许长航.ANSYS7.0基础教程M】.北京:机械工业出版社,2004:20.46.【4】陈晓霞.ANSYS7.0高级分析【M】.北京:机械工业出版社,2004:278336.【5】周宁.ANSYS/APDL高级工程应用实例分析与二次开发【M】.北京:中国水利水电出版社,2007:10-287.通信地址:河南郑州郑州轻工业学院机电工程学院1450002(收稿日期:2009-0921 一39参数化塔机模型有限元分析中的接口技术 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期： 王良文， 王雷， 赵北辰， 郭志强， 潘春梅 王良文,郭志强,潘春梅(郑州