利用道亨满应力数据文件实现在ANSYS中铁塔快速建模的程序研究 道亨铁塔建模

来源:党团工作 发布时间:2019-05-21 05:37:51 点击:

  摘要: 一个道亨满应力数据文件(*.myl)包含一组或一基铁塔在道亨程序中建模所需要的全部信息。通过一个VB程序实现对满应力数据文件数据的提取和处理,生成ANSYS的APDL命令流,实现了在ANSYS中铁塔的自动建模,极大地提高了建模速度。
  关键词: 道亨满应力数据文件;VB;ANSYS;APDL命令流
  
  研究背景:北京道亨公司的自立式铁塔满应力分析程序,内核部分是东北院满应力程序。它具有内力计算准确、支持角钢/钢管混合选材、支持最多5种钢材同时优选或验算、可以计算长短腿、操作方便等优点,是目前常用的铁塔设计软件。但它不具备动力分析、模态分析、变型及位移计算、稳定性分析、材料及几何非线性计算等功能,也不能模拟塔线耦合体系等复杂的物理场。ANSYS是世界上应用最广泛的的大型通用有限元分析软件之一,用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题,是现代产品设计中的高级CAD工具。目前用ANSYS建铁塔模型基本靠手动交互式操作。手动建模耗时很长,效率低下。
  研究方法: 一个道亨满应力文件包含一组或一基铁塔在道亨程序中建模必需的全部数据。ANSYS支持命令行方式操作,命令行书写为APDL语言格式。将命令流输入命令对话框,可实现ANSYS的自动建模,成倍提高建模效率。将道亨文件里的数据进行提取和处理,再转化为APDL命令流,即可实现ANSYS铁塔自动建模。可通过一个Visual Basic(VB)程序来实现这个数据处理与转化的过程。VB是一种可视化面向对象的高级语言,简单易学、界面友好、效率高,功能强大,用于开发 Windows 环境下的各类程序。
  实现过程:用文本方式打开,一个典型的道亨满应力文件内容及格式如下:
  
  经过仔细研究发现,道亨满应力文件有严格的书写格式,其中关键参数如上所示。这就为转换程序的设计提供了思路:找到控制参数,读取节点和杆件信息存入数组,将数组信息转化为APDL命令流。程序流程图如下:
  
  程序的设计难点在于,要将辅助材节点插入主材杆件数组,即相当于将生成的杆件主材在辅助材节点断开,否则连接主材杆件的辅助材将无法生成;并且插入的顺序不能出现混乱,否则无法准确生成模型。而道亨中生成辅助材节点的方式有几种,程序用一个“select…case”结构来实现。部分代码如下:
  ……
   Select Case f
  Case "p" """""""""普通截距法生成点
   For m = 1 To UBound(AA, 2)
   For n = 1 To UBound(AA, 2)
   Do While a = AA(1, m) And b = AA(1, n ReDim Preserve AA(1 To 4, 1 To UBound(AA, 2) + 1)
  ……
  "生成点并计算坐标
   Call symnodgen(AA(), e)"生成对称点
   For j = 1 To UBound(G, 1)
   Do While (Val(G(j, 1)) = a And Val(G(j, 1)) = b) _
   Or (Val(G(j, 2)) = a And Val(G(j, 1)) = b) "在主材单元数组加入辅助材节点
  G(j, Gnum - 2) = G(j, Gnum - 2) + 1"存放插入位置信息。
   k = G(j, Gnum - 2)
   G(j, 3 + k) = Str(a1)
   Exit Do
   Loop
   Next j
  ……
  顺序生成主材节点数组、辅助材节点数组、辅助材杆件数组、主材杆件数组后,即按照这个顺序生成ANSYS的命令流。在命令流文件的适当位置生成ANSYS其他参数,如截面类型、材料属性、单元类型等。所有的杆件都用梁单元进行模拟【4】。部分命令流如下:
  FINI
  /CLE
  /prep7
  K, 150 , 1 , 1 ,0
  ……
  K, 1291 ,-2 , 2 ,21.5
  ……
  sectype,1 ,beam,L,,
  secoffset,cent
  secdata,0.04 , 0.04 , 0.003 ,0.003
  sectype,2 ,beam,L,,
  ……
  L, 150 , 151 ,1
  latt,1,,1,,,, 9 ,
  lsel,s,line,, 1 , 1 ,1,
  lmesh,all,
  lsymm,y,all
  lsel,none
  ……
  生成后的ANSYS模型及加载如图1-1所示,计算结果如图1-2所示:
  
  结论及展望:本文中, ANSYS建模时可生成辅助材杆件,全部杆件都参与迭代计算。可根据实际情况,选择使用杆端固接的梁单元或者杆端释放转动刚度的梁单元。今后在对新型式铁塔,如:大跨越塔、使用新型材料的塔、钢管塔等一些新塔型,都可用ANSYS做仿真分析。在道亨里建铁塔模型非常方便,本文的转换程序在道亨和ANSYS之间做了一个接口,借助道亨文件实现在ANSYS中铁塔的快速建模,大大减少铁塔的有限元仿真的前期工作量。
  
  参考文献:
  [1]自立式铁塔多塔高、多接腿满应力分析程序技术参考手册。
  [2]ANSYS帮助文件。
  [3]2008奥运羽毛球热身馆单层网壳稳定分析的ANSYS二次开发及其应用,张爱林,张宝勤,张晓峰,刘学春,钢结构2006年第5期第21卷总第88期。
  [4]大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究,郭勇,孙炳南,浙江大学博士学位论文,2006年4月。

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