基于ANSYS的桥式起重机结构参数化建模与分析平台开发

絷：岱瓤蕊躐◇虢．．：!I娜：啊、w、、 基于ANSYS的桥式起重机结构 参数化建模与分析平台开发 哈尔滨工业大学张宏生陆念力 摘要：用ANSYS的APDL语言编制程序，自动建立模型、加载、求解，使用通用分析程序解决系列桥式 起霞机差异模型的建模问题，并自动进行后处理，对于需要注意的关键部位自动截取图片并保存。通过VBA编 制word宏文件，自动对结果进行汇总形成word 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ，极大地提高了设计分析效率，此方法可拓展到其他工程机 械的有限元计算分析中。 关键词：桥式起重机；有限元；自动化分析：ANSYS；VBA． Abstrad：ApogramisdevelopedwithAPDLlanguageinANSYStoestablishandsolvemodelsofseriesoverhead travelingcranes．WordmicrofileiswrittenwithVBAandresultreportsarecreatedautomatically．Thismetllodincreasesde— signefficiencyandcanbeappliedtoFEManalysisofotherconstructionmachines． Keywords：overheadtravelingcrane；finteelement；automaticanalysis；VBA 1引言 2自动前处理 很多学者借助于ANSYS的APDL(ANSYS ParametricDesignLanguage)语言进行二次开发， 使之能够被重复利用。文献[6]中，作者利用 ANSYS程序的Log文件，加入不同的参数，形成 了命令流文件，但是，由于桥式起重机的结构特 点决定了通常采用板壳单元来模拟其结构，一般 采用实体建模再离散为网格。由于很多工业厂房 的跨度不同，需要定制非标的桥式起重机，并且 不同系列的桥式起重机结构类似但不相同，例如 大跨度的主梁，为了增加刚度，会增加筋板的数 目。而如图1所示主梁的翼缘宽tt，，为0与否导致 模型不同，在ANSYS中通过面号来管理面实体， 这样导致了不能仅仅用Log命令流文件处理不同数 目的面实体模型。 ---——34·--—— 翘蘑 图1主梁和副梁截面图 2．1单元的选择和车轮的等效 对于桥式起重机这种由薄板焊接而成的箱型 结构，通常选用板壳单元来模拟。起重机设计规 范GB／T381l一1983规定不考虑钢材的塑性利用， 所以，常采用线弹性板壳单元shell63和sheH93， 对比结果如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1所示。 表1 shell63和shell93比较 单元 计算 计算 模拟曲 单元 节点数 类型 精度 费用 线边界 shell634节点四边形 线性 低 底 不好 shell938节点四边形 二次 高 高 好 选择sheU63单元，由于三角形线弹性单元的 常应变特性，避免在应力梯度很大或者关键部位 使用三角形网格，尽量使用四边形网格，并适当 细分网格得到较好计算结果。 桥式起重机通常使用车轮在轨道上行驶，考 虑到跨度的误差以及轨道变形，车轮需绕中心轴 转动，即车轮的支承作用是承受压力，但不承受 扭矩和弯矩，采用点接触箱型体模拟车轮的特性， 在接触点约束平动自由度，放松转动自由度，如 图2所示，在点接触处，会产生应力集中，此处 应力不真实，可略去不考虑。 《起重运输机械》 2008(2) 万方数据 图2车轮的等效 2．2参数化策略 APDL是一种ANSYS二次开发语言，其语句 格式是类似于FORTRAN的过程式编程语言，具有 顺序、判断、循环3种语句格式，包含子程序， 可以实现参数传递。ANSYS的GUI(Graphical UserIntefface)命令集只是ANSYS全部命令集的子 集。通过APDL和ANSYS命令，可以方便用户开 发适当的程序。ANSYS的建模分为直接建模和实 体建模。直接建模是指直接生成节点和单元，这 种方法通常用于桁架式结构分析"，41j不适用于复 杂模型的板壳建模，对于桥式起重机金属结构通 常选用实体建模∞．6]，先进行几何建模，几何建模 完成后，再离散为有限元网格，形成节点和单元。 几何建模又分为自底向上和自顶向下，自底向上 是指先建立低级图元，再建立高级图元，例如先 建立关键点和线来创建面；自顶向下是指先创建 高级图元，自动创建附属的低级图元，例如直接 创建面，在创建面的同时，自动创建关键点和线， 一般这2种方法混合使用。 参数化过程中包括结构尺寸参数、结构形式 参数、载荷参数以及建模过程中临时用到的参数， 都用变量来保存，结构尺寸参数包括长、宽、高 等，例如：图1所示的W。一加。，t。～t。，结构形式 参数包括主梁、副梁筋板数目等，载荷参数包括 计算静载还是动载，起升速度，吊重等。ANSYS 通过号码来管理实体，例如关键点号和面号等， 这些号码在建模过程中需要被引用，在建模过程 中，不可避免地需要使用布尔操作，而布尔操作 后的号码具有不可预知性，例如：面粘合操作后， 面号和关键点号都将发生变化，为了避免这种不 确定性，使用位置去选取实体，避免使用号码。 在使用号码时，不要直接使用常量号码，而应用 通过位置选取图元，借助+get命令获取该号码， 并将该号码保存在变量中再使用，这样布尔操作 《起重运输机械》 2008(2) 或者号码压缩命令都不影响程序的运行。 在建模过程中，为保证程序的强壮性，需要 大量使用判断语句。例如图l中W，，程序需自动 判断埘，是否为0，ANSYS不能创建面积为0的面 和长度为0的线，所以当W为0时，就不能创建 主梁的翼缘面，否则程序运行出错。为了便于赋 予 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 屙陛以及查看结果，需要对模型进行分组， ANSYS提供了强大的组件和装配功能，例如：将 主梁分为上下盖板、腹板和筋板3个组件，并将 这3个组件形成主梁装配。 几何建模完成后，需要离散为网格，网格数 目越多，结果越精确，当网格大小趋向于0时， 结果趋向于精确解，但网格数目越多，计算费用 越高。为了保证较高的精度和较低的计算费用， 需适当地确定单元和节点总数。通常根据几何模 型的规模，先赋予单元大小一个初值，划分网格， 进行初步计算，得到初步计算结果，减小单元大 小，细分网格，再次计算，比较2次计算结果， 如果差别不大，认为单元大小合适，否则需再次 减小单元大小，重新分网、计算。例如：以主梁 跨中挠度来度量计算的精度，如果2次计算得到 的相对误差在精度范围内，认为单元大小合适， 计算精度高，否则需要细分网格，重新计算。掣≤e (1) 盈+。 一 ”7 式中，最为第i次划分网格后计算得到的主梁跨中 挠度；龟+。为第i+1次划分网格后计算得到的主梁 跨中挠度；e为精度。 划分完网格，使用(!)fini②sol2条命令进 入ANSYS的求解器，通过antype命令选择静力或 动力计算，动力学计算通常是为了验算动刚度是 否满足要求，此时需将满载起升载荷以质量形式 加入模型计算固有频率，应采用Mass21单元，静 力学计算则是验算强度和刚度。 2．3自动化策略 如果ANSYS的命令流文件的后缀是mac，并 位于ANSYS的搜索路径上，ANSYS将认为这是一 条用户自定义的命令。为了实现自动化，提高效 率，通常把不同模型的参数放到数组中，例如有 400个不同的模型需计算，可以将主梁的高度h。 定义为 ‘dim，hl，array，400 —35— 万方数据 通过数组指针来标志当前计算的模型。对于 不同的模型，为了便于管理，使用不同的文件名 来管理，可以采用文件名加当前数组指针来编号 管理文件，每计算一个模型，数组指针加l。由于 采用全参数化程序，可以自动处理结构尺寸参数、 结构形式参数不同的问题，所以使用同一程序段， 仅改变当前数组指针指向不同模型，即可实现自 动化循环计算，这一过程无需人为干预。根据需 要，可以将一段重复出现的代码当做子程序，使 之位于搜索路径上，通过参数传递调用。 3自动后处理 当ANSYS求解器完成求解后，可以使用0)fini (至)／postl2条命令进入ANSYS通用后处理程序。 在后处理中，可以获取模型计算后的各种结果信 息，例如查看模型的结果云图、模型的变形、一 阶满载自振频率等。通常需要获取计算结果和图 片并以文件形式输出保存。 3．1计算结果的获取和输出 为了检验桥式起霞机金属结构的强度和刚度， 需要获取计算出的最大应力和最大位移，需要借 助于ANSYS2个强大的命令。get和etable，通过这 2条命令可以获取数据库中的所有数据，并可以进 行必要的计算。 桥式起重机的结构往往承受复杂应力的作用， 用最大形状改变能理论的Mises等效应力作为计算 应力，最符合实际情况，即 IT"M2~／[(orl—or2)2+(or2一or3)2+(or3一orI)2] ≤[or] (2) 在ANSYS中，计算板壳单元的应力和节点位 移，根据顶面、中面、底面会有不同结果，取顶 面和底面的最大应力时，对需观察的部分进行节 点排序，再使用‘get命令找到最大应力，并和许 用应力对比，判断是否超出许用应力。 对于刚度要求，起重机设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 GB／T381l一 1983规定 △≤1／700 (3) 获取最大位移时，注意位移的方向，判断是 否满足刚度要求。 通过动力学的模态计算，可以求出结构的固 有频率，注意此时模型应采用国际单位制，计算 结果单位为赫兹(Hz)。在ANSYS中，通过’get， 一36一 x】【】【，MODE，n，FREQ获取第／i,阶固有频率，并 存放于变量xxx中，起重机设计规范规定对于电动 桥式起重机，当小车位于跨中时的满载自振频率 应不低于2Hz。 3．2图片的获取和输出 在ANSYS中，为了标识图片，可以使用／title 命令。绘制结果云图，分节点输出和单元输出2 种，通常有3种获取图片的方法，以JPG格式为 例，有／show，jpeg格式；／ui，copy，save，jpeg 格式；／image，save，】a【】【，jpeg格式。plnsol和 plesol比较结果见表2。 表2 plnsol和plesol比较 语句 输出类型 云图连续 云图计算 单元内部应力由节点应 plnsol节点 是 力线性插值得到，并在相 邻单冗的同一节点处平均 单元内部应力由节点应 力线性插值得到，不在节 plesol单元 否 点处平均，不连续性反映 了单元应力的变化梯度 获取图片后，应该利用APDL语言的文件操作 功能，通过+cfopen打开一个文本文件，通过+ vwrite输出必要的辅助信息，例如需输出保存的图 片名，当前计算模型的主要参数等，以便于自动 形成word文档，最后以‘cfclose关闭文件。 4自动形成word文档 VBA是指VisualBasicforApplication。它是在 Office中使用的宏语言，主要为了增强Word、Ex- cel等软件的自动化能力。VBA的语法类似VB， 但提供了很多VB中没有的函数和对象，这些函 数、对象都是针对应用软件的。通过VBA来编制 一个word宏，可以插到word模版中被任何word 文件使用，或者插到单个文件中，仅被单个文件 使用。借助word宏可以自动形成word报告，流程 如图3所示。 5 实例 某双梁桥式起重机，主梁跨度为25500mm， 《起重运输机械》 2008(2) 万方数据 路径乍成一 的v·ord文件 读取辅助文件 锄结方>J、／ tN 读取罔片文件名硬位置 并读取相廊的辅助信息 例如最大应力和最大位 移．顺序插入word 保存并戈闭word文件 ～NSYS 产生的 图片和 辅助义 图3 word宏流程图 高度为1450mm，宽度为600mm，上下盖板厚 16mm，腹板厚6mm，副梁跨度为5800mm，高 度为800rain，宽度为600lnln，副梁盖板厚12ITlln， 腹板和筋板厚8mln，小车为7300kg，吊重20t， 工作级别A5。考虑4度偏载，起升冲击系数咖：为 1．1，建立模型如图4所示。图5所示为主梁上下盖 板应力图，图6为模型的位移图，图7则是使用 VBA编制的word宏文件形成的word报告截图。计 算结果表明，主梁的筋板应距离下盖板50mm以 上，否则当载荷移动到筋板处，会对下盖板产生 应力集中。 《起重运输机械》 2008(2) 6结论 图7 word报告截图 运用ANSYS的APDL二次开发语言，尽量使 用位置来选择实体，在使用号码时，不要直接使 用常量号码，而应用通过位置选取号码，并将号 码保存在变量中再使用，这样布尔操作或者号码 压缩命令都不影响程序的运行。通过判断语句， 来实现不同模型形式使用同一段代码实现参数 化，通过数组指针的变化来循环计算批量模型， 自动建模、加载、求解，并以图片和文件的形式 自动保存需要观察的结果。利用VBA编制word 宏文件，自动汇总形成word报告，提高了工作 效率。 参考文献 l 手凯，周慎杰．履带起重机回转台有限兀分析．建筑机 械，2005(5)：72--74 2纪爱敏，朱磊，彭铎．QI．Y125全地面起重机车架的有 限元分析．建筑机械，2006(5)：76—79 3任会礼，李江波，高崇仁．基于ANSYS的塔式起系机 臂架有限元参数化建模与分析．起重运输机械，2006 (9)：1l一13 4张利英，赵听哲，吴建松．ANSYS在塔式起重机结构分 析中的应用．建筑机械化，2004(9)：57—59 5苏文力，徐长生．基于一阶优化方法的桥式起莺机结构 有限元分析．武汉理工大学学报，2006(4)：619—622 6崔华伟，徐长生．桥式起霞机桥架结构参数化建模与有 限元分析．巾围水运，2006(12)：79—80 作 者：张宏生 地 址：黑龙江省哈尔滨市两大直街92号哈尔滨工业大 学机电工程学院417信箱 邮 编：150001 收稿日期：20007—04—11 —37— 万方数据 基于ANSYS的桥式起重机结构参数化建模与分析平台开发 作者： 张宏生， 陆念力 作者单位： 哈尔滨工业大学,150001 刊名： 起重运输机械 英文刊名： HOISTING AND CONVEYING MACHINERY 年，卷(期)： 2008(2) 被引用次数： 2次 参考文献(6条) 1.王凯;周慎杰 履带起重机回转台有限元分析[期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ]-建筑机械 2005(05) 2.纪爱敏;朱磊;彭铎 QLY125全地面起重机车架的有限元分析[期刊论文]-建筑机械 2006(05) 3.任会礼;李江波;高崇仁 基于ANSYS的塔式起重机臂架有限元参数化建模与分析[期刊论文]-起重运输机械 2006(09) 4.张利英;赵昕哲;吴建松 ANSYS在塔式起重机结构分析中的应用[期刊论文]-建筑机械化 2004(09) 5.苏文力;徐长生 基于一阶优化方法的桥式起重机结构有限元分析[期刊论文]-武汉理工大学学报 2006(04) 6.崔华伟;徐长生 桥式起重机桥架结构参数化建模与有限元分析[期刊论文]-中国水运 2006(12) 本文读者也读过(10条) 1. 李淑华.李树森 桥式起重机桥架结构的ANSYS有限元分析[期刊论文]-林业机械与木工设备2005,33(6) 2. 付韬韬.范勤.肖蕴章.FU Tao-tao.FAN Qin.XIAO Yun-zhang 桥式起重机箱形主梁参数化有限元分析系统的研究 [期刊论文]-机械设计与制造2008(4) 3. 陈道礼.CHEN Dao-li 桥式起重机动态刚性的有限元分析[期刊论文]-起重运输机械2005(5) 4. 把婧.崔志远 基于Ansys的桥式起重机主梁有限元分析平台[期刊论文]-起重运输机械2010(10) 5. 宁朝阳.罗永新.任成高.王雪红 ANSYS在桥式起重机主梁设计中的应用[期刊论文]-起重运输机械2008(5) 6. 崔华伟.徐长生 桥式起重机桥架结构参数化设计与有限元分析[期刊论文]-起重运输机械2007(7) 7. 黄涛.王涛.杨先勇.刘安中.李友荣.Huang Tao.Wang Tao.Yang Xianyong.Liu Anzhong.Li Yourong 桥式起重机 桥架的三维有限元分析[期刊论文]-武汉科技大学学报（自然科学版）2009,32(6) 8. 黄建龙.赵超凡.Huang Jianlong.Zhao Chaofan 桥式起重机箱形主梁的结构优化与改进[期刊论文]-机械制造 2008,46(9) 9. 薛继忠.易传云.王伏林 桥式起重机桥架结构的三维有限元分析[期刊论文]-机械与电子2004(8) 10. 杜壮.王文娜.连国栋 基于ANSYS的桥式起重机主梁三维有限元分析[期刊论文]-现代商贸工业2010(16) 引证文献(2条) 1.李斌.邢健.贾阔 基于APDL的塔式起重机臂架参数化建模方法[期刊论文]-建筑机械（上半月） 2009(3) 2.刘嵩锋.雷勇军.李道奎 汽车起重机车架通用参数化建模和分析系统[期刊论文]-计算机辅助工程 2010(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qzysjx200802011.aspx