基于VB的ANSYS二次开发在起重机设计中的应用

2013-08-13 by:广州CAE有限元应用中心来源:仿真在线

ANSYS是一个广泛应用于众多工业领域,集多学科于一体以有限元为基础的大型通用CAE:分析软件.ANSYS软件的标准分析过程包括:建立分析模型并施加边界条件、求解计算和结果分析3个步骤。若要修改结果,就必须重新建模并重复上述步骤,当模型较复杂或修改较多时,就相当繁杂、费时。而且利用ANSYS对实际工程进行分析计算,要求操作人员对所用到的ANSYS模块比较熟悉,对力学和有限元的理论知识有比较高的要求。在起重机设律过程中,采用ANSYS软件对其结构进行数值仿真的场合多,计算过程复杂,涉及ANSYS建模和后处理中的多项高级技术,尤其是起重机载荷工况计算、强度校核过程复杂,一般工程技术人员难于掌握。本文以轮胎式集装箱龙门起重机轮叉结构设计为例,利用ANSYS软件的二次开发功能,以VB6.0为工具,运用APDL语言,对ANSYS进行二次开发,编制起重机轮叉结构分析程序。该程序设计可让即使从未认真学习过ANSYS软件的工程设计人员也能很好地借助本系统进行起重机轮叉结构有限元分析,具有重要的研究意义。

1 ANSYS实用的二次开发工具

ANSYS除了具有较为完善的分析功能外,同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。如宏(Marco)、参数设计语言(APDL)、用户界面设计语言(UIDL )及用户编程特性(UPFs ),其中APDL是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言,其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句,可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务;UIDL是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言,允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项,提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具;UPFs提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能,该项技术充分显示了ANSYS的开放体系,用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式(如可以定义1种新的材料,1个新的单元或者给出1种新的屈服准则),而且还可以编写自己的优化算法,通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。

2 基于VB的ANSYS二次开发在轮叉设计中的应用

针对某一实际工程问题,ANSYS所提供的APDL语言可对ANSYS软件进行封装。使用APDL语言可以更加有效地进行分析计算,可以轻松地进行自动化工作(循环、分支、宏等结构),而且,它是一种高效的参数化建模手段。使用APDL语言进行封装的系统可以只要求操作人员输人前处理参数,然后自动运行ANSYS进行求解。但完全用APDL编写的宏还存在弱点。比如用APDL语言较难控制程序的进程,虽然它提供了循环语句和条件判断语句,但总的来说还是难以用来编写结构清晰的程序。它虽然提供了参数的界面输人,但功能还不是太强,交互性不够流畅。基于VB的ANSYS轮叉有限元分析程序利用VB6.0对ANSYS进行封装。用VR6.0对ANSYS模拟起重机轮叉结构受力进行二次开发,用户只需输人诸如轮压、板厚、管厚等物理性能参数,系统就能自动调用ANSYS计算程序,自动进行网格划分、受力加载以及自动求解。该系统由于前台开发友好、方便、易用的人机交互界面,对复杂的、难于理解和掌握的ANSYS命令流进行后台封装。

    2.1程序系统结构

    是对ANSYS利用VB6.0进行二次开发系统的结构图。用户输人计算参数,即可调用后台的ANSYS命令进行计算,ANSYS把计算结果返回给用户。进行后处理。

    2.2 程序系统功能

    (1)允许用户可以根据实际计算工况,输入特定的计算参数,包括轮压、板厚、管厚等。

    (2)用户在输人各种参数以后、进行计算之前可以对输入的数据进行修改、添加和删除操作,以保证输入正确的参数。

    (3)用户通过界面调用后台的ANSYS命令流进行计算,能够得到最后的计算结果文件,供用户进行后处理和结果分析。

    2.3程序的主要子程序和设计

    程序的主要组成有:用户界面程序、VB调用接口程序及VB后处理程序。

    (1) VB调用接口程序

    VB调用接口程序在该系统中起着接受用户界面的输入、创建进程调用ANSYS模块、将生成的宏命令文件提交给ANSYS程序进行批处理操作的重要作用。

    (2) VB后处理程序

    VB后处理程序主要是提取计算结果数据,经过必要的处理,与相应的标准值对比,得出该结构设计是否合理的结论。

    (3)用户界面程序

    用户界面程序主要完成系统和用户的交互。用户界面模块包括计算参数输人和编写APDL的后处理命令流2部分。用户点击编制程序按钮,系统就会弹出对话框提醒用户输人参数,当所有的参数输入完毕,系统将自动生成用APDL语言进行二次开发的ANSYS计算命令流并以文档的格式存在指定的目录下。通过以上思路和步骤,作者成功地开发出基于VB的ANSYS轮叉有限元分析程序。该程序交互界面如图2所示。假设设计工程师所设计的轮叉最大轮压为50t,设计工程师只要输入自己选择的轮叉基本参数及结构选用的材料(如图2所示),程序就能计算出最大变形和最大应力,并得出设计工程师的方案是否可行。

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