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[收稿日期]2004-11-02[作者简介]钟世金(1951-),男,湖南辰溪人,中南大学机电工程学院高级工程师,大学本科,研究方向:设备故障诊断与测试技术,机械设计与制造方法。0前言ANSYS有限元分析程序是著名CAE供应商)美国ANSYS公司的产品,主要用于结构、热、流体和电磁四大物理场独立或耦合分析的CAE工具[1]。ANSYS有限元分析包括前处理、求解和后处理三个基本过程。前处理主要进行单元选用、材料定义、创建CAD模型和划分网格,最终得到一个完整的有限元模型。螺旋结构如弹簧、螺纹等在工程中应用广泛,借助ANSYS对其进行分析,具有重要的现实意义。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供直接的方法。本文尝试利用ANSYS提供的二次开发工具实现螺旋结构的参数化建模,为此类结构的建模提供一种通用有效的方法。1ANSYS二次开发技术ANSYS为用户进行二次开发提供了丰富有效的工具,如APDL、UIDL等,利用这些工具,可方便地定制自己的有限元分析程序。APDL是ANSYS的一种专用解释性语言,由类似于FORTRAN77的程序设计语言和1000多条ANSYS命令组成[2]。APDL允许复杂的数据输入,使用户实际上对任何设计或分析属性(如尺寸、材料等)拥有控制权。利用它,能实现有限元模型的参数化建模、加载、求解和后处理,提高分析过程的自动化和程序代码的重用性。其核心是参数和宏,并具有简单的流程控制功能,如重复、分支、循环等,用户可根据需要选择控制方案,达到设计的控制效果。UIDL是ANSYS提供的一种图形界面设计语言,主要用于为程序设计友好的用户界面,并能对底层的程序代码进行封装,使用户不必了解程序的实现过程,也能方便地使用该程序。2螺旋线建模螺旋线的参数方程[3]如式(1)。x=rcos(t)y=rsin(t)z=ht(1)式中r)螺旋半径;h)螺距;t)参数。211几何特征参数化将模型的主要几何特征参数化,这是参数化建模的关键。螺旋结构的主要特征是螺旋半径、螺距;另外,螺旋数目对模型的建成亦很重要,本文首先将这三个变量参数化。在ANSYS中,通过以下语句实现:*set,Par,VALUE其中,Par是自定义的参数名,VALUE是赋给该参数的值,如欲将螺旋半径赋值为25,对应的命令为:9设计计算有色设备2005(1)*set,rd,25!定义螺旋半径rd为25有了这个参数,当需要改变螺旋半径时,就无需重写整个程序,只需将以上的赋值语句修改,例如将25改为30,即可实现程序按半径30重新建模,提高了建模效率。其余两个变量定义与此类似:*set,lj,3!定义螺距lj为3*set,ls,10!定义螺数ls为10圈也可以根据需要将其它特征参数化,参数化是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。在柱坐标下,将模型离散化会产生若干关键点,需把这些关键点存贮起来以备建立螺旋线时使用,用ANSYS提供的数组变量可以方便地实现这一点,相关命令如下:*dim,theta,array,ls*3+1!定义数组theta,长度可根据螺数ls调整*vfill,theta(1),ramp,0,360/3!给数组theta赋值213建立螺旋线下面将根据前面定义的数组在ANSYS前处理器中创建关键点,再把这些关键点连接成线,由此建立起螺旋线的几何模型。创建关键点的相关命令如下:*do,i,1,ls*3+1k,,rd,theta(i),z(i)!操作在柱坐标下进行*enddo以上命令用到了循环控制结构do-loops,可以方便地控制数组元素生成关键点,以下还将用这个结构控制曲线的生成,创建曲线的相关命令如下:*do,i,1,ls*3+1l,i,i+1!操作在柱坐标下进行*enddo至此,螺旋线的建模过程已完成,结果见图1。214建立图形用户界面用ANSYS提供的用户界面设计语言UIDL可方便地建立图形界面,用户不必了解程序的实现方法也能使用此程序完成建模过程,相关代...
