基于VB的ANSYS二次開發在起重機設計中的應用

2013-08-13 by:廣州CAE有限元應用中心來源:仿真在線

ANSYS是一個廣泛應用于眾多工業領域,集多學科于一體以有限元為基礎的大型通用CAE:分析軟件.ANSYS軟件的標準分析過程包括:建立分析模型并施加邊界條件、求解計算和結果分析3個步驟。若要修改結果,就必須重新建模并重復上述步驟,當模型較復雜或修改較多時,就相當繁雜、費時。而且利用ANSYS對實際工程進行分析計算,要求操作人員對所用到的ANSYS模塊比較熟悉,對力學和有限元的理論知識有比較高的要求。在起重機設律過程中,采用ANSYS軟件對其結構進行數值仿真的場合多,計算過程復雜,涉及ANSYS建模和后處理中的多項高級技術,尤其是起重機載荷工況計算、強度校核過程復雜,一般工程技術人員難于掌握。本文以輪胎式集裝箱龍門起重機輪叉結構設計為例,利用ANSYS軟件的二次開發功能,以VB6.0為工具,運用APDL語言,對ANSYS進行二次開發,編制起重機輪叉結構分析程序。該程序設計可讓即使從未認真學習過ANSYS軟件的工程設計人員也能很好地借助本系統進行起重機輪叉結構有限元分析,具有重要的研究意義。

1 ANSYS實用的二次開發工具

ANSYS除了具有較為完善的分析功能外,同時還為用戶進行二次開發提供了多種實用工具。如宏(Marco)、參數設計語言(APDL)、用戶界面設計語言(UIDL )及用戶編程特性(UPFs ),其中APDL是一種非常類似于Fortran77的參數化設計解釋性語言,其核心內容為宏、參數、循環命令和條件語句,可以通過建立參數化模型來自動完成一些通用性強的任務;UIDL是ANSYS為用戶提供專門進行程序界面設計的語言,允許用戶改變ANSYS的圖形用戶界面(GUI)中的一些組項,提供了一種允許用戶靈活使用、按個人喜好來組織設計ANSYS圖形用戶界面的強有力工具;UPFs提供了一套Fortran77函數和例程以擴展或修改程序的功能,該項技術充分顯示了ANSYS的開放體系,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個新的單元或者給出1種新的屈服準則),而且還可以編寫自己的優化算法,通過將整個ANSYS作為一個子程序調用的方式實現。

2 基于VB的ANSYS二次開發在輪叉設計中的應用

針對某一實際工程問題,ANSYS所提供的APDL語言可對ANSYS軟件進行封裝。使用APDL語言可以更加有效地進行分析計算,可以輕松地進行自動化工作(循環、分支、宏等結構),而且,它是一種高效的參數化建模手段。使用APDL語言進行封裝的系統可以只要求操作人員輸人前處理參數,然后自動運行ANSYS進行求解。但完全用APDL編寫的宏還存在弱點。比如用APDL語言較難控制程序的進程,雖然它提供了循環語句和條件判斷語句,但總的來說還是難以用來編寫結構清晰的程序。它雖然提供了參數的界面輸人,但功能還不是太強,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ANSYS進行封裝。用VR6.0對ANSYS模擬起重機輪叉結構受力進行二次開發,用戶只需輸人諸如輪壓、板厚、管厚等物理性能參數,系統就能自動調用ANSYS計算程序,自動進行網格劃分、受力加載以及自動求解。該系統由于前臺開發友好、方便、易用的人機交互界面,對復雜的、難于理解和掌握的ANSYS命令流進行后臺封裝。

    2.1程序系統結構

    是對ANSYS利用VB6.0進行二次開發系統的結構圖。用戶輸人計算參數,即可調用后臺的ANSYS命令進行計算,ANSYS把計算結果返回給用戶。進行后處理。

    2.2 程序系統功能

    (1)允許用戶可以根據實際計算工況,輸入特定的計算參數,包括輪壓、板厚、管厚等。

    (2)用戶在輸人各種參數以后、進行計算之前可以對輸入的數據進行修改、添加和刪除操作,以保證輸入正確的參數。

    (3)用戶通過界面調用后臺的ANSYS命令流進行計算,能夠得到最后的計算結果文件,供用戶進行后處理和結果分析。

    2.3程序的主要子程序和設計

    程序的主要組成有:用戶界面程序、VB調用接口程序及VB后處理程序。

    (1) VB調用接口程序

    VB調用接口程序在該系統中起著接受用戶界面的輸入、創建進程調用ANSYS模塊、將生成的宏命令文件提交給ANSYS程序進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算結果數據,經過必要的處理,與相應的標準值對比,得出該結構設計是否合理的結論。

    (3)用戶界面程序

    用戶界面程序主要完成系統和用戶的交互。用戶界面模塊包括計算參數輸人和編寫APDL的后處理命令流2部分。用戶點擊編制程序按鈕,系統就會彈出對話框提醒用戶輸人參數,當所有的參數輸入完畢,系統將自動生成用APDL語言進行二次開發的ANSYS計算命令流并以文檔的格式存在指定的目錄下。通過以上思路和步驟,作者成功地開發出基于VB的ANSYS輪叉有限元分析程序。該程序交互界面如圖2所示。假設設計工程師所設計的輪叉最大輪壓為50t,設計工程師只要輸入自己選擇的輪叉基本參數及結構選用的材料(如圖2所示),程序就能計算出最大變形和最大應力,并得出設計工程師的方案是否可行。

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