基于UG的大件運輸支座參數化建模及有限元分析

胡 杰,曾傳華

(西華大學汽車與交通學院,四川 成都 610039)

隨著我國大型重工業的不斷發展,大型設備的需求也在持續不斷增長,對于此類不可拆卸的大型設備,則需要特殊的運輸車輛來進行運輸。但在運輸過程中,貨物的運輸安全是我們需要考慮的主要問題。支座在運輸過程中不僅需要承擔設備的全部壓力還需要將設備固定,因此支座在大件運輸過程中扮演著一個非常重要的角色。

而對于運輸貨物的不同,所需的支座數量以及支座所擺放的位置都是不一樣的[1]。本文主要是利用UG的二次開發技術,對支座進行參數化建模,最后再利用UG中的高級仿真模塊,對支座強度進行分析。UG參數化建模,即使是不會使用該軟件的人員,也可直接輸入所需參數得到所需模型。可大大縮減工程人員在運輸前安全分析時的周期,提高工作效率。

1 大件運輸支座參數化模型建立

對于支座模型的建立,首先是需要確定支座的構成部分以及各個構成部分的參數值大小,然后通過UG二次開發技術建立GUI,通過在GUI中輸入關鍵參數,點擊應用最后生成我們所需要的模型。

1.1 環境變量設置及菜單制作

采用的平臺為UG與VS2012,安裝好程序后找到UG的安裝目錄,將UGOPEN文件夾下的VC文件夾復制,然后替換VS2012安裝目錄下的VC文件夾,完成VS2012與UG的聯接,在啟動VS2012編寫UG回調程序時,新建目錄中會有NX10 NXOPEN C++選項。在利用UGOPEN技術進行二次開發之前,還需要先進行環境變量設置,通常情況下,是利用我的電腦—屬性—高級系統設置—高級—環境變量設置,然后在“用戶變量”窗口新建變量。但此方法可能會存在與一些電腦系統不兼容的情況,導致NX安裝路徑下的新增菜單項不能鏈接進NX軟件菜單欄中。本文主要是找到NX10.0安裝目錄下的UGII文件夾中的ugii_env文件,將該文件以文本形式打開并在文件末尾輸入UGII_VENDOR_DIR;最后保存并關閉文檔即可。

對于菜單制作,主要是利用UG二次開發中的MenuScrip對菜單建立進行實現,用戶可自由刪改菜單名稱,以達到自己需要。本文主要是找到NX10.0安裝路徑下NX10.0UGALLIANCEsite文件夾,然后在site文件夾中的starup文件夾中新建nx_zhizuo_tools_menu.men文件,所需代碼如下。

VERSION 120

EDIT UG_GATEWAY_MAIN_MENUBAR

AFTER UG_HELP

CASCADE_BUTTON zhizuo_btn

LABEL支座二次開發

END_OF_AFTER

MENU zhizuo_btn

BUTTON jianmo

LABEL自動建模

ACTIONS zhizuoercikaifa_defei_L.dll

END_OF_MENU

1.2 建立關鍵參數輸入對話框

該小節主要是利用UG/0pen UIStyler可視化工具,該工具可避免復雜的圖形用戶接口編程[2]。在建立對話框之前還需確定所需支座模型的關鍵參數,該對話框所包含的主要關鍵參數有:支座數量、底座長度、圓弧直徑、支座高度以及支座間距。其中支座數量選項是一個枚舉類型,用戶可通過工程需求選擇所需支座數量。在選擇不同支座數量時,該選項框中不同支座與支座間的距離也可進行相應設置。保存該選項框,選擇C++,將會生成三個文件,分別是:zhizuoercikaifa_defei_L.dlg(UIStyler界面文件),zhizuoercikaifa_defei_L.h(c語言頭文件),zhizuoercikaifa_defei_L.cpp(c語言文件),將其保存在安裝目錄site文件夾下的application文件夾中。該對話框如圖1所示。

圖1 支座模型對話框

1.3 自動建模

打開VS2012,新建項目,點擊NX10_NXOpenC++_Wizard,生成zhizuoercikaifa_defei_L.sln文件,將文件中zhizuoercikaifa_defei_L.cpp刪除,然后把application文件夾中的zhizuoercikaifa_defei_L.h與zhizuoercikaifa_defei_L.cpp文件添加到VS2012新建的應用程序框架中。導入兩個文件夾之后,在.h文件夾中添加所需頭文件,在.cpp中寫入生成模型所需代碼,在該過程中所用到的UGOPEN API函數如下[3]。正文的部分代碼如圖2所示。

圖2 模型建立部分代碼

UF_translate_variable,翻譯文件夾位置鏈接函數。

UF_MODL_edit_exp,用來修改已經存在的表達式。

UF_PART_open,打開文件夾

UF_MODL_update,當模型中的表達式被函數UF_MODL_edit_exp,修改以后,模型必須用UF_MODL_update,強制更新。

最后,運行文件,將zhizuoercikaifa_defei_L.dll寫入NX10.0UGALLIANCEsite文件夾中.men文件中的ACTIONS后。重新打開UG10.0,建立支座模型,如圖3所示。

圖3 支座生成模型

2 大件運輸支座模型有限元分析

在大件運輸安全分析過程中,模型的強度分析是安全分析中非常重要的一環,其分析結果可以看出該模型在該壓力的作用下會不會造成崩塌現象。

2.1 前處理

在大件運輸過程中,只需要分析受力最大的支座,如果此支座未出現崩塌現象,那么其他支座也不會出現崩塌現象,因此只需要研究其中一個支座受力情況即可。具體步驟如下。

(1)利用參數化建模技術對得到的模型進行布爾運算。

(2)導入幾何模型,進入高級仿真模塊并選取NX NASTRAN求解器。

(3)材料指派,本文主要是采用鋼材料。

(4)網格劃分。

(5)對支座底面添加固定約束。

(6)對支座圓弧面添加載荷,載荷類型為軸承,壓力為90 000 N。

在完成上述步驟之后,對模型進行求解。

2.2 支座強度校核

通過NX NASTRAN求解器的求解,我們分別得到了該支座模型的應變、應力、反作用力等。接下來本文主要對該求解結果中的應力和應變進行說明,應力應變求解結果如圖4所示。

圖4 應力應變求解結果圖

從圖4中可以看到,支座的最大應變值為0.002 mm,支座的最大等效應力為0.111 N/mm2(MPa),根據GB/T699—1999標準規定45鋼抗拉強度為600 MPa,屈服強度為355 MPa可知,該支座在該載荷情況下,符合要求。在大件運輸安全分析中,工程師可根據工程需求對載荷大小進行調整,本文只是做一個舉例說明。

3 總 結

本文主要對大件運輸支座主要參數進行分析,通過NXOPEN技術進行二次開發,用戶可直接輸入大件運輸過程中支座數量、支座長度、圓弧半徑等或等大件運輸實際運輸過程中的支座模型。然后利用UG的高級仿真模塊對生成的模型進行有限元分析,最后得到該模型是否符合運輸要求。

通過輸入支座關鍵參數便可得到支座的精確模型,可大大提高工作人員大件運輸安全分析的工作效率,節省時間成本。