基于VB的ANSYS二次開(kāi)發(fā)在起重機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2013-08-13 by:廣州CAE有限元應(yīng)用中心來(lái)源:仿真在線

ANSYS是一個(gè)廣泛應(yīng)用于眾多工業(yè)領(lǐng)域,集多學(xué)科于一體以有限元為基礎(chǔ)的大型通用CAE:分析軟件.ANSYS軟件的標(biāo)準(zhǔn)分析過(guò)程包括:建立分析模型并施加邊界條件、求解計(jì)算和結(jié)果分析3個(gè)步驟。若要修改結(jié)果,就必須重新建模并重復(fù)上述步驟,當(dāng)模型較復(fù)雜或修改較多時(shí),就相當(dāng)繁雜、費(fèi)時(shí)。而且利用ANSYS對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析計(jì)算,要求操作人員對(duì)所用到的ANSYS模塊比較熟悉,對(duì)力學(xué)和有限元的理論知識(shí)有比較高的要求。在起重機(jī)設(shè)律過(guò)程中,采用ANSYS軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值仿真的場(chǎng)合多,計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,涉及ANSYS建模和后處理中的多項(xiàng)高級(jí)技術(shù),尤其是起重機(jī)載荷工況計(jì)算、強(qiáng)度校核過(guò)程復(fù)雜,一般工程技術(shù)人員難于掌握。本文以輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)輪叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例,利用ANSYS軟件的二次開(kāi)發(fā)功能,以VB6.0為工具,運(yùn)用APDL語(yǔ)言,對(duì)ANSYS進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),編制起重機(jī)輪叉結(jié)構(gòu)分析程序。該程序設(shè)計(jì)可讓即使從未認(rèn)真學(xué)習(xí)過(guò)ANSYS軟件的工程設(shè)計(jì)人員也能很好地借助本系統(tǒng)進(jìn)行起重機(jī)輪叉結(jié)構(gòu)有限元分析,具有重要的研究意義。

1 ANSYS實(shí)用的二次開(kāi)發(fā)工具

ANSYS除了具有較為完善的分析功能外,同時(shí)還為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)提供了多種實(shí)用工具。如宏(Marco)、參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)、用戶界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言(UIDL )及用戶編程特性(UPFs ),其中APDL是一種非常類似于Fortran77的參數(shù)化設(shè)計(jì)解釋性語(yǔ)言,其核心內(nèi)容為宏、參數(shù)、循環(huán)命令和條件語(yǔ)句,可以通過(guò)建立參數(shù)化模型來(lái)自動(dòng)完成一些通用性強(qiáng)的任務(wù);UIDL是ANSYS為用戶提供專門進(jìn)行程序界面設(shè)計(jì)的語(yǔ)言,允許用戶改變ANSYS的圖形用戶界面(GUI)中的一些組項(xiàng),提供了一種允許用戶靈活使用、按個(gè)人喜好來(lái)組織設(shè)計(jì)ANSYS圖形用戶界面的強(qiáng)有力工具;UPFs提供了一套Fortran77函數(shù)和例程以擴(kuò)展或修改程序的功能,該項(xiàng)技術(shù)充分顯示了ANSYS的開(kāi)放體系,用戶不僅可以采用它將ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何組織形式(如可以定義1種新的材料,1個(gè)新的單元或者給出1種新的屈服準(zhǔn)則),而且還可以編寫(xiě)自己的優(yōu)化算法,通過(guò)將整個(gè)ANSYS作為一個(gè)子程序調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)。

2 基于VB的ANSYS二次開(kāi)發(fā)在輪叉設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

針對(duì)某一實(shí)際工程問(wèn)題,ANSYS所提供的APDL語(yǔ)言可對(duì)ANSYS軟件進(jìn)行封裝。使用APDL語(yǔ)言可以更加有效地進(jìn)行分析計(jì)算,可以輕松地進(jìn)行自動(dòng)化工作(循環(huán)、分支、宏等結(jié)構(gòu)),而且,它是一種高效的參數(shù)化建模手段。使用APDL語(yǔ)言進(jìn)行封裝的系統(tǒng)可以只要求操作人員輸人前處理參數(shù),然后自動(dòng)運(yùn)行ANSYS進(jìn)行求解。但完全用APDL編寫(xiě)的宏還存在弱點(diǎn)。比如用APDL語(yǔ)言較難控制程序的進(jìn)程,雖然它提供了循環(huán)語(yǔ)句和條件判斷語(yǔ)句,但總的來(lái)說(shuō)還是難以用來(lái)編寫(xiě)結(jié)構(gòu)清晰的程序。它雖然提供了參數(shù)的界面輸人,但功能還不是太強(qiáng),交互性不夠流暢。基于VB的ANSYS輪叉有限元分析程序利用VB6.0對(duì)ANSYS進(jìn)行封裝。用VR6.0對(duì)ANSYS模擬起重機(jī)輪叉結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),用戶只需輸人諸如輪壓、板厚、管厚等物理性能參數(shù),系統(tǒng)就能自動(dòng)調(diào)用ANSYS計(jì)算程序,自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分、受力加載以及自動(dòng)求解。該系統(tǒng)由于前臺(tái)開(kāi)發(fā)友好、方便、易用的人機(jī)交互界面,對(duì)復(fù)雜的、難于理解和掌握的ANSYS命令流進(jìn)行后臺(tái)封裝。

    2.1程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    是對(duì)ANSYS利用VB6.0進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。用戶輸人計(jì)算參數(shù),即可調(diào)用后臺(tái)的ANSYS命令進(jìn)行計(jì)算,ANSYS把計(jì)算結(jié)果返回給用戶。進(jìn)行后處理。

    2.2 程序系統(tǒng)功能

    (1)允許用戶可以根據(jù)實(shí)際計(jì)算工況,輸入特定的計(jì)算參數(shù),包括輪壓、板厚、管厚等。

    (2)用戶在輸人各種參數(shù)以后、進(jìn)行計(jì)算之前可以對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、添加和刪除操作,以保證輸入正確的參數(shù)。

    (3)用戶通過(guò)界面調(diào)用后臺(tái)的ANSYS命令流進(jìn)行計(jì)算,能夠得到最后的計(jì)算結(jié)果文件,供用戶進(jìn)行后處理和結(jié)果分析。

    2.3程序的主要子程序和設(shè)計(jì)

    程序的主要組成有:用戶界面程序、VB調(diào)用接口程序及VB后處理程序。

    (1) VB調(diào)用接口程序

    VB調(diào)用接口程序在該系統(tǒng)中起著接受用戶界面的輸入、創(chuàng)建進(jìn)程調(diào)用ANSYS模塊、將生成的宏命令文件提交給ANSYS程序進(jìn)行批處理操作的重要作用。

    (2) VB后處理程序

    VB后處理程序主要是提取計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)必要的處理,與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比,得出該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理的結(jié)論。

    (3)用戶界面程序

    用戶界面程序主要完成系統(tǒng)和用戶的交互。用戶界面模塊包括計(jì)算參數(shù)輸人和編寫(xiě)APDL的后處理命令流2部分。用戶點(diǎn)擊編制程序按鈕,系統(tǒng)就會(huì)彈出對(duì)話框提醒用戶輸人參數(shù),當(dāng)所有的參數(shù)輸入完畢,系統(tǒng)將自動(dòng)生成用APDL語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的ANSYS計(jì)算命令流并以文檔的格式存在指定的目錄下。通過(guò)以上思路和步驟,作者成功地開(kāi)發(fā)出基于VB的ANSYS輪叉有限元分析程序。該程序交互界面如圖2所示。假設(shè)設(shè)計(jì)工程師所設(shè)計(jì)的輪叉最大輪壓為50t,設(shè)計(jì)工程師只要輸入自己選擇的輪叉基本參數(shù)及結(jié)構(gòu)選用的材料(如圖2所示),程序就能計(jì)算出最大變形和最大應(yīng)力,并得出設(shè)計(jì)工程師的方案是否可行。

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