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1、设计计算基于ANSYS的螺旋结构参数化建模钟世金,莫江涛,王静文,刘舜尧(中南大学机电工程学院,湖南长沙410083)[摘要]基于ANSYS有限元分析软件,利用其前处理模块中的实体造型功能及二次开发工具APDL、UIDL,实现螺旋结构的参数化建模,提高了此类模型的建模效率,并为类似问题的解决提供一条新途径。[关键词]螺旋结构;ANSYS;二次开发;参数化建模[中图分类号]TB115[文献标识码]A[文章编号]1003-8884(2005)01-0009-03使用户实际上对任何设计或分析属性(如尺寸、材料0前言等)拥有控制权。利用它,能实现有限元模型的参数ANSYS有
2、限元分析程序是著名CAE供应商)化建模、加载、求解和后处理,提高分析过程的自动美国ANSYS公司的产品,主要用于结构、热、流体化和程序代码的重用性。其核心是参数和宏,并具[1]和电磁四大物理场独立或耦合分析的CAE工具。有简单的流程控制功能,如重复、分支、循环等,用户ANSYS有限元分析包括前处理、求解和后处理三个可根据需要选择控制方案,达到设计的控制效果。基本过程。前处理主要进行单元选用、材料定义、创UIDL是ANSYS提供的一种图形界面设计语建CAD模型和划分网格,最终得到一个完整的有限言,主要用于为程序设计友好的用户界面,并能对底元模型。层的程序代码进行封装,
3、使用户不必了解程序的实螺旋结构如弹簧、螺纹等在工程中应用广泛,借现过程,也能方便地使用该程序。助ANSYS对其进行分析,具有重要的现实意义。2螺旋线建模CAD模型的创建是有限元分析的第一步,也是关键的一步,但ANSYS本身并未对此类结构的建模提[3]螺旋线的参数方程如式(1)。供直接的方法。本文尝试利用ANSYS提供的二次x=rcos(t)开发工具实现螺旋结构的参数化建模,为此类结构y=rsin(t)(1)的建模提供一种通用有效的方法。z=ht式中r)螺旋半径;1ANSYS二次开发技术h)螺距;ANSYS为用户进行二次开发提供了丰富有效t)参数。的工具,如APDL、
4、UIDL等,利用这些工具,可方便211几何特征参数化地定制自己的有限元分析程序。将模型的主要几何特征参数化,这是参数化建APDL是ANSYS的一种专用解释性语言,由模的关键。螺旋结构的主要特征是螺旋半径、螺距;类似于FORTRAN77的程序设计语言和1000多条另外,螺旋数目对模型的建成亦很重要,本文首先将[2]ANSYS命令组成。APDL允许复杂的数据输入,这三个变量参数化。在ANSYS中,通过以下语句实现:[收稿日期]2004-11-02*set,Par,VALUE[作者简介]钟世金(1951-),男,湖南辰溪人,中南大学机其中,Par是自定义的参数名,VALU
5、E是赋给电工程学院高级工程师,大学本科,研究方向:设备故障诊断该参数的值,如欲将螺旋半径赋值为25,对应的命与测试技术,机械设计与制造方法。令为:有色设备2005(1)9设计计算**set,rd,25!定义螺旋半径rd为25cset,1,3,ls,clsValueinint(number):c,10*有了这个参数,当需要改变螺旋半径时,就无需cset,4,6,lj,cljValueinreal(pitch):c,3*重写整个程序,只需将以上的赋值语句修改,例如将cset,7,9,rd,crdinreal(0fortahuang):c,25改为30,即可实现程序按半径
6、30重新建模,提高25*了建模效率。其余两个变量定义与此类似:cset,10,12,slope,cslopeindegree(for*set,lj,3!定义螺距lj为3tahuang):c,45**set,ls,10!定义螺数ls为10圈cset,61,62,cPleaseinputtheparameters:c也可以根据需要将其它特征参数化,参数化是multipro,cendc实现高效建模的关键。212曲线的离散由于ANSYS并未提供连续曲线的直接建模方法,故本文将把此类连续曲线离散化,即将线离散成点,自底向上构造此类曲线的模型。rd=25lj=3ls=10rd=
7、20lj=5ls=30在柱坐标下,将模型离散化会产生若干关键点,图1螺旋线需把这些关键点存贮起来以备建立螺旋线时使用,*此段代码可完全取代set语句,完成对变量的用ANSYS提供的数组变量可以方便地实现这一*赋值。multipro,cset为建立用户界面的UIDL命点,相关命令如下:令,参数slope是建立圆锥弹簧将用到的变量,其含**dim,theta,array,ls3+1!定义数组义是圆锥弹簧的半锥角。将上述代码保存成文本文theta,长度可根据螺数ls调整件,由/input命令读入,运行后弹出对话框,等待用*vfill,theta(1),ramp,0,3
