單梁橋式起重機(jī)參數(shù)化有限元分析系統(tǒng)

劉祥偉,唐小衛(wèi)

(武漢理工大學(xué)物流工程學(xué)院,湖北 武漢 430063)

單梁橋式起重機(jī)因?yàn)槠鹬亓?、軌距、輪壓等參?shù)無(wú)法完全標(biāo)準(zhǔn)化,任何參數(shù)的變化都會(huì)導(dǎo)致大量重復(fù)性的分析工作.尤其是有限元分析工作須消耗設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間和精力.研究發(fā)現(xiàn),一定型號(hào)的單梁橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)基本相同,主要差別在于主要形狀尺寸的不同、工況以及所承受載荷的不同.本文開(kāi)發(fā)了一個(gè)單梁橋式起重機(jī)參數(shù)化有限元分析系統(tǒng).

1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)特定型號(hào)的單梁橋式起重機(jī)的結(jié)構(gòu),抽象出其主要的尺寸參數(shù).利用VC的MFC開(kāi)發(fā)出人機(jī)交互界面(圖1),在界面上可以輸入結(jié)構(gòu)尺寸、載荷、材料屬性、工況等參數(shù),將這些參數(shù)通過(guò)文件流函數(shù)(FWRITE)寫到txt文件中.

圖1 系統(tǒng)人機(jī)交互界面

VC調(diào)用ANSYS程序后,通過(guò)APDL程序從txt文件中讀取參數(shù)的值,并進(jìn)行參數(shù)化建模以及加載、求解和輸出結(jié)果,然后利用VC的查看結(jié)果界面查看計(jì)算結(jié)果的應(yīng)力、位移分析云圖以及相關(guān)的數(shù)值.整個(gè)系統(tǒng)的編制思路如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)編制思路

2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)輸入模塊

該模塊是利用VC的MFC開(kāi)發(fā)出人機(jī)交互界面,接受用戶提出的設(shè)計(jì)參數(shù),包括結(jié)構(gòu)尺寸、載荷、材料屬性、工況等,并將這些參數(shù)通過(guò)文件流函數(shù)(FWRITE)寫到txt文件中,以供APDL程序調(diào)用.

鑒于有的單梁橋式起重機(jī)的截面是工字鋼加箱型梁的組合,且工字鋼是標(biāo)準(zhǔn)件,因此特別建立了工字鋼的數(shù)據(jù)庫(kù),并可以對(duì)其進(jìn)行添加和刪除[1].在起重機(jī)的參數(shù)輸入過(guò)程中,可以直接從工字鋼的數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇相應(yīng)的工字鋼.

2.2 VC與ANSYS數(shù)據(jù)接口模塊

系統(tǒng)在進(jìn)行分析計(jì)算之前,需要進(jìn)行ANSYS配置.點(diǎn)擊系統(tǒng)菜單欄里的ANSYS自動(dòng)配置,則系統(tǒng)會(huì)根據(jù)注冊(cè)表的信息找出本臺(tái)機(jī)器上ANSYS軟件的安裝目錄,并將其存儲(chǔ)到系統(tǒng)變量中,供調(diào)用ANSYS進(jìn)程時(shí)使用.部分程序如下:

VC通過(guò)CreateProcess函數(shù)來(lái)建立一個(gè)ANSYS的進(jìn)程,代碼如下:

其中,str和workpath是CString類型的變量,主要用來(lái)根據(jù)使用者所選擇的相關(guān)參數(shù)對(duì)所調(diào)用的ANSYS進(jìn)程進(jìn)行控制[2].

當(dāng)VC調(diào)用ANSYS進(jìn)程時(shí),ANSYS就會(huì)啟動(dòng)并讀入txt文件進(jìn)行批處理模式運(yùn)行.

2.3 APDL參數(shù)化建模模塊

本系統(tǒng)采用Beam188單元來(lái)建立模型,截面形狀采用自定義方法.根據(jù)數(shù)據(jù)輸入模塊提供的參數(shù)值,利用APDL語(yǔ)言編寫參數(shù)化建模以及加載、求解和輸出結(jié)果的程序[3].程序分兩部分:一部分是生成梁截面的宏文件,用來(lái)根據(jù)傳入的參數(shù)來(lái)產(chǎn)生Beam188單元自定義截面,并保存于ANSYS的截面庫(kù)中;另一部分是模型生成及計(jì)算、輸出結(jié)果程序.由于單梁橋式起重機(jī)的截面是變截面,因此,需要調(diào)用生成梁截面的宏文件來(lái)生成所要求的截面,然后再把各截面連接生成單元,建立模型.宏文件中建立自定義截面的部分命令流如下:

2.4 計(jì)算結(jié)果顯示模塊

運(yùn)行完成后將所有的結(jié)果(圖片,數(shù)據(jù)結(jié)果)都存放于用戶所選擇的工作目錄中,然后利用VC的查看結(jié)果界面來(lái)進(jìn)行查看.在結(jié)果查看中,通過(guò)VC的顯示圖片函數(shù),將APDL輸出的應(yīng)力、位移、模態(tài)分析云圖以及相關(guān)的數(shù)值輸出到結(jié)果查看界面上,實(shí)現(xiàn)直觀的計(jì)算分析結(jié)果查看.

ANSYS在批處理方式運(yùn)行命令流的情況下,對(duì)計(jì)算出的應(yīng)力云圖進(jìn)行截圖,必須使用/show命令,例如截取綜合應(yīng)力的云圖代碼如下:

3 程序運(yùn)行實(shí)例

第一步,在數(shù)據(jù)輸入模塊中輸入相關(guān)參數(shù)(圖3、圖 4).

第二步,點(diǎn)擊“計(jì)算并查看結(jié)果”按鈕,系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)ANSYS在后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算(圖5).

圖5 系統(tǒng)啟動(dòng)ANSYS開(kāi)始計(jì)算

第三步,進(jìn)入系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果顯示模塊查看計(jì)算結(jié)果(圖6).

圖6 計(jì)算結(jié)果顯示

4 結(jié)束語(yǔ)

利用VC對(duì)ANSYS進(jìn)行封裝后開(kāi)發(fā)的參數(shù)化有限元分析系統(tǒng),具有效率高、可靠性好的優(yōu)點(diǎn).對(duì)于工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō),只需輸入各種尺寸參數(shù)、材料屬性以及載荷工況等,就可進(jìn)行有限元分析,并可以方便地查看應(yīng)力、位移、模態(tài)分析等結(jié)果,大大減輕了ANSYS建模的工作量,縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期.

[1]王宇虹,朱亦文,陳格,等.Access數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)從基礎(chǔ)到實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[2]Shepherd G,KruglinskiD.Visual C++技術(shù)內(nèi)幕[M].潘愛(ài)明譯.北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[3]龔曙光,謝桂蘭.ANSYS操作命令與參數(shù)化編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.