單梁橋式起重機參數化有限元分析系統

劉祥偉,唐小衛

(武漢理工大學物流工程學院,湖北 武漢 430063)

單梁橋式起重機因為起重量、軌距、輪壓等參數無法完全標準化,任何參數的變化都會導致大量重復性的分析工作.尤其是有限元分析工作須消耗設計人員大量的時間和精力.研究發現,一定型號的單梁橋式起重機結構基本相同,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.本文開發了一個單梁橋式起重機參數化有限元分析系統.

1 系統的設計思路

根據特定型號的單梁橋式起重機的結構,抽象出其主要的尺寸參數.利用VC的MFC開發出人機交互界面(圖1),在界面上可以輸入結構尺寸、載荷、材料屬性、工況等參數,將這些參數通過文件流函數(FWRITE)寫到txt文件中.

圖1 系統人機交互界面

VC調用ANSYS程序后,通過APDL程序從txt文件中讀取參數的值,并進行參數化建模以及加載、求解和輸出結果,然后利用VC的查看結果界面查看計算結果的應力、位移分析云圖以及相關的數值.整個系統的編制思路如圖2所示.

圖2 系統編制思路

2 系統的實現

2.1 數據輸入模塊

該模塊是利用VC的MFC開發出人機交互界面,接受用戶提出的設計參數,包括結構尺寸、載荷、材料屬性、工況等,并將這些參數通過文件流函數(FWRITE)寫到txt文件中,以供APDL程序調用.

鑒于有的單梁橋式起重機的截面是工字鋼加箱型梁的組合,且工字鋼是標準件,因此特別建立了工字鋼的數據庫,并可以對其進行添加和刪除[1].在起重機的參數輸入過程中,可以直接從工字鋼的數據庫中選擇相應的工字鋼.

2.2 VC與ANSYS數據接口模塊

系統在進行分析計算之前,需要進行ANSYS配置.點擊系統菜單欄里的ANSYS自動配置,則系統會根據注冊表的信息找出本臺機器上ANSYS軟件的安裝目錄,并將其存儲到系統變量中,供調用ANSYS進程時使用.部分程序如下:

VC通過CreateProcess函數來建立一個ANSYS的進程,代碼如下:

其中,str和workpath是CString類型的變量,主要用來根據使用者所選擇的相關參數對所調用的ANSYS進程進行控制[2].

當VC調用ANSYS進程時,ANSYS就會啟動并讀入txt文件進行批處理模式運行.

2.3 APDL參數化建模模塊

本系統采用Beam188單元來建立模型,截面形狀采用自定義方法.根據數據輸入模塊提供的參數值,利用APDL語言編寫參數化建模以及加載、求解和輸出結果的程序[3].程序分兩部分:一部分是生成梁截面的宏文件,用來根據傳入的參數來產生Beam188單元自定義截面,并保存于ANSYS的截面庫中;另一部分是模型生成及計算、輸出結果程序.由于單梁橋式起重機的截面是變截面,因此,需要調用生成梁截面的宏文件來生成所要求的截面,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 計算結果顯示模塊

運行完成后將所有的結果(圖片,數據結果)都存放于用戶所選擇的工作目錄中,然后利用VC的查看結果界面來進行查看.在結果查看中,通過VC的顯示圖片函數,將APDL輸出的應力、位移、模態分析云圖以及相關的數值輸出到結果查看界面上,實現直觀的計算分析結果查看.

ANSYS在批處理方式運行命令流的情況下,對計算出的應力云圖進行截圖,必須使用/show命令,例如截取綜合應力的云圖代碼如下:

3 程序運行實例

第一步,在數據輸入模塊中輸入相關參數(圖3、圖 4).

第二步,點擊“計算并查看結果”按鈕,系統自動啟動ANSYS在后臺進行計算(圖5).

圖5 系統啟動ANSYS開始計算

第三步,進入系統計算結果顯示模塊查看計算結果(圖6).

圖6 計算結果顯示

4 結束語

利用VC對ANSYS進行封裝后開發的參數化有限元分析系統,具有效率高、可靠性好的優點.對于工程技術人員來說,只需輸入各種尺寸參數、材料屬性以及載荷工況等,就可進行有限元分析,并可以方便地查看應力、位移、模態分析等結果,大大減輕了ANSYS建模的工作量,縮短了產品的開發周期.

[1]王宇虹,朱亦文,陳格,等.Access數據庫系統開發從基礎到實踐[M].北京:電子工業出版社,2008.

[2]Shepherd G,KruglinskiD.Visual C++技術內幕[M].潘愛明譯.北京:清華大學出版社,2004.

[3]龔曙光,謝桂蘭.ANSYS操作命令與參數化編程[M].北京:機械工業出版社,2004.