利用道亨滿應(yīng)力數(shù)據(jù)文件實現(xiàn)在ANSYS中鐵塔快速建模的程序研究

摘要: 一個道亨滿應(yīng)力數(shù)據(jù)文件(*.myl)包含一組或一基鐵塔在道亨程序中建模所需要的全部信息。通過一個VB程序?qū)崿F(xiàn)對滿應(yīng)力數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)的提取和處理，生成ANSYS的APDL命令流，實現(xiàn)了在ANSYS中鐵塔的自動建模，極大地提高了建模速度。

關(guān)鍵詞: 道亨滿應(yīng)力數(shù)據(jù)文件;VB;ANSYS;APDL命令流

研究背景:北京道亨公司的自立式鐵塔滿應(yīng)力分析程序，內(nèi)核部分是東北院滿應(yīng)力程序。它具有內(nèi)力計算準(zhǔn)確、支持角鋼/鋼管混合選材、支持最多5種鋼材同時優(yōu)選或驗算、可以計算長短腿、操作方便等優(yōu)點，是目前常用的鐵塔設(shè)計軟件。但它不具備動力分析、模態(tài)分析、變型及位移計算、穩(wěn)定性分析、材料及幾何非線性計算等功能，也不能模擬塔線耦合體系等復(fù)雜的物理場。ANSYS是世界上應(yīng)用最廣泛的的大型通用有限元分析軟件之一，用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具。目前用ANSYS建鐵塔模型基本靠手動交互式操作。手動建模耗時很長，效率低下。

研究方法: 一個道亨滿應(yīng)力文件包含一組或一基鐵塔在道亨程序中建模必需的全部數(shù)據(jù)。ANSYS支持命令行方式操作，命令行書寫為APDL語言格式。將命令流輸入命令對話框，可實現(xiàn)ANSYS的自動建模，成倍提高建模效率。將道亨文件里的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和處理，再轉(zhuǎn)化為APDL命令流，即可實現(xiàn)ANSYS鐵塔自動建模。可通過一個Visual Basic(VB)程序來實現(xiàn)這個數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)化的過程。VB是一種可視化面向?qū)ο蟮母呒壵Z言，簡單易學(xué)、界面友好、效率高，功能強大，用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類程序。

實現(xiàn)過程:用文本方式打開，一個典型的道亨滿應(yīng)力文件內(nèi)容及格式如下:

經(jīng)過仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，道亨滿應(yīng)力文件有嚴(yán)格的書寫格式，其中關(guān)鍵參數(shù)如上所示。這就為轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計提供了思路:找到控制參數(shù)，讀取節(jié)點和桿件信息存入數(shù)組，將數(shù)組信息轉(zhuǎn)化為APDL命令流。程序流程圖如下:

程序的設(shè)計難點在于，要將輔助材節(jié)點插入主材桿件數(shù)組，即相當(dāng)于將生成的桿件主材在輔助材節(jié)點斷開，否則連接主材桿件的輔助材將無法生成;并且插入的順序不能出現(xiàn)混亂，否則無法準(zhǔn)確生成模型。而道亨中生成輔助材節(jié)點的方式有幾種，程序用一個“select…case”結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。部分代碼如下:

……

Select Case f

Case \"p\" '''''''''普通截距法生成點

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)

……

'生成點并計算坐標(biāo)

Call symnodgen(AA()， e)'生成對稱點

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) '在主材單元數(shù)組加入輔助材節(jié)點

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

……

順序生成主材節(jié)點數(shù)組、輔助材節(jié)點數(shù)組、輔助材桿件數(shù)組、主材桿件數(shù)組后，即按照這個順序生成ANSYS的命令流。在命令流文件的適當(dāng)位置生成ANSYS其他參數(shù)，如截面類型、材料屬性、單元類型等。所有的桿件都用梁單元進(jìn)行模擬【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模型及加載如圖1-1所示，計算結(jié)果如圖1-2所示:

結(jié)論及展望:本文中， ANSYS建模時可生成輔助材桿件，全部桿件都參與迭代計算。可根據(jù)實際情況，選擇使用桿端固接的梁單元或者桿端釋放轉(zhuǎn)動剛度的梁單元。今后在對新型式鐵塔，如:大跨越塔、使用新型材料的塔、鋼管塔等一些新塔型，都可用ANSYS做仿真分析。在道亨里建鐵塔模型非常方便，本文的轉(zhuǎn)換程序在道亨和ANSYS之間做了一個接口，借助道亨文件實現(xiàn)在ANSYS中鐵塔的快速建模，大大減少鐵塔的有限元仿真的前期工作量。

參考文獻(xiàn):

[1]自立式鐵塔多塔高、多接腿滿應(yīng)力分析程序技術(shù)參考手冊。

[2]ANSYS幫助文件。

[3]2008奧運羽毛球熱身館單層網(wǎng)殼穩(wěn)定分析的ANSYS二次開發(fā)及其應(yīng)用，張愛林，張寶勤，張曉峰，劉學(xué)春，鋼結(jié)構(gòu)2006年第5期第21卷總第88期。

[4]大跨越輸電塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)及振動控制研究，郭勇，孫炳南，浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2006年4月。