卸船机结构计算的参数化 - 文章

卸船机结构计算的参数化

作者：大连重工·起重集团有限公司吕宏滕儒民孟庆林

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摘要：本文介绍了用Visual B 编写的ANSYS 软件结构计算的前、后处理程序的实现方法，通过输入初始的载荷参数、几何参数，由参数化程序自动产生ANSYS 的log 文件，然后运行ANSYS 的批处理程序进行结构计算的解算，最后，利用ANSYS 的Out 文件进行后处理。这种快速有效的计算方法为各种类型起重机结构计算的参数化实现提供了借鉴。
关键词：卸船机；参数化；有限元；Visual B语言；ANSYS 软件

1 问题的提出

以往起重机的有限元计算，模型的建立、载荷组合、梁单元截面特性的计算、计算书的完成等，即有限元分析的前、后处理工作占用结构分析中的绝大部分时间。而这些大量的重复性繁琐的工作往往需要手工的输入和计算，而且要对力学和有限元的理论知识有较高的要求。而卸船机的有限元模型中，其典型的结构可分为有无后撑杆两种形式，其机构形式可分为主副小车式和行星四卷筒减速器式，而对于典型的结构、机构的形式，其几何形状、载荷组合、受力的位置和方向、梁截面的几何形状及约束都比较固定，在模型中只是载荷大小、结构及梁截面的几何尺寸有所变化。如能将结构分析中的前、后处理进行参数化，将解算部分交给专业的结构分析软件ANSYS 进行处理，这不仅节省了从事结构计算人员的大量时间，也可以使不了解有限元的人员通过输入初始参数，如载荷、结构几何尺寸、梁截面几何尺寸等，就可以输出计算书，指导设计工作。通过实例计算，证明该技术是可行的。这也为今后解决此类问题提供了一种切实可行的方法。

2 实现方法

2.1 基本原理

每次运行一次ANSYS 会生成一段log 文件，其命名为Jobname.log，Jobname 是运行ANSYS 程序时给定的作业名，作业名缺省为File。Log 文件在首次运行ANSYS 时打开，退出程序（无论在菜单中用/EXIT 退出，还是其它程序中断或系统中断）时关闭，ANSYS 运行中输入的每一个命令都拷贝到log 文件，形成ANSYS 运行命令的完整记录。这些命令流在系统崩溃或用户发生重大错误时非常有用，用/INPUT 命令读入更名后的log 文件（或作为批处理文件提交），log 文件中的每条命令都重新执行，象以前一样重新生成数据库[1]。

ANSYS 生成的log 文件的特点，为实现结构分析参数化前处理奠定基础。我们可以编制程序来生成ANSYS 的log 文件，然后运行ANSYS 的批处理程序自动调入前处理模型并进行结构计算的解算，最后，利用ANSYS 的Out 文件进行后处理，由于输出log 文件中需要包含大量的ANSYS 命令流，不易掌握，一种快捷的方法是先利用ANSYS 分别建立不同结构和机构形式的通用的卸船机有限元计算模型，并进行计算求解。在建立模型时，可将模型中所有可变数据定义相应的参数名，在模型中使用参数名来表示相应的数据值。根据生成的log 文件，就可以利用任何一种编程软件，按log 的输出格式编写出喜欢的操作界面。

2.2、程序设计

编写的程序应具备以下五个功能：

· 根据输入的载荷，进行载荷计算和组合。
· 根据输入的结构外形尺寸几何参数，生成ANSYS 的线框图。
· 根据输入的各个梁截面几何尺寸参数，生成各个梁截面的特性计算。
· 自动生成模型的节点及单元。并将梁截面特性及梁的折算比重付给相应的单元。
· 根据相应的载荷工况和组合，自动形成相应的log 文件。
· 程序具有后台数据库支持，可将输入的所有信息记录下来，一方面可以校核输入的数据，另一方面可将所有计算过的内容记录下来，为以后的计算提供参考。
· 对相应的log 文件，进行ANSYS 解算。并将计算结构输出到out 文件中。此过程采用高级语言将ANSYS 封装。
· 读取out 文件，生成计算书。

程序流程图见图1。

图1 流程图

3 应用实例及结论

3.1 应用实例

下面以2250t/h 抓斗卸船机主副小车形式为例来说明参数化程序的使用方法和运行过程。参数程序用Visual B 编写[2]，数据库采用Access。

程序主界面见图2，结构尺寸参数输入见图3，截面特性参数输入图4，单元截面号自动对应见图5，自动进行载荷计算和组合见图6，工作状态下强度计算见图7。

3.2 结论

参数化结构分析程序的实现，给卸船机的投标设计及详细设计带来了快捷的方法，操作人员只需要输入初始的参数，即可得到计算结果，不仅为专业的结构分析人员，也为非专业的不掌握ANSYS 人员进行有限元计算提供了极大的方便。这种快速有效的计算方法为各种类型起重机结构计算的参数化实现提供了借鉴。

[参考文献]
1、刘涛，扬凤鹏. 精通ANSYS. 北京：清华大学出版社，2002
2、张树兵，戴红，陈哲 Visual Basic 6.0 北京：清华大学出版社，1999(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/12/2007)


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