基于apdl的门式起重机主梁参数化快速建模与仿真.docx

基于apdl的门式起重机主梁参数化快速建模与仿真 1 结构尺寸的设定 门式起重机（以下简称门机）的主梁结构相对复杂。梁中有许多加固的肌肉板，包括大肌肉板、小肌肉板和水平长肌肉条。在参数化建模前首先需要仔细分析主梁结构,对结构尺寸进行参数化成组划分。确定所有结构尺寸在坐标系中的相关关系,并把相关联的若干结构尺寸用变量参数来表示,从而建立参数化的结构尺寸。参数化变量的设计应确保能够定义模型结构的所有尺寸,还要考虑到不同型号门机的结构特征,以使设计的变量参数符合不同型号起重机的建模需求。 现以32 t门机主梁结构的模型为例,说明具体过程。首先分析模型的结构尺寸在坐标系中的相互关系,从中抽象出能描述模型的特征参数,并在不影响精度的情况下,对模型的局部细节适当简化。共定义了以下11个参数化尺寸,主梁中2个大筋板之间的间距L;主梁宽W;主梁高H1;主梁内小筋板宽H2;主梁内贯穿筋板的横向长筋条H3;所有大筋板的个数N_BAN;主梁跨度D;支腿地板长度FL;支腿高FH;板厚度THICK;网格的边长ELEM。模型的其他结构尺寸均转化为用这些参数表示,例如,主梁总长为L×N_BAN,左支腿中点位置的X坐标为 (L×N_BAN)/2-D/2。在运用APDL建模时,使用这些参数变量名代替具体数值,进行参数化建模。 2 主梁参数化建模 ANSYS提供了APDL参数化设计语言2次开发功能,利用APDL程序语言与宏技术组织管理ANSYS命令,可以实现参数化建模、施加参数化载荷、求解以及后处理结果显示等有限元分析全过程。 运用APDL实现参数化建模,包括3部分,首先定义结构参数并赋值,然后根据定义的参数计算确定所有结构尺寸,最后建立有限元模型。 APDL命令流的建模过程与GUI(图型用户界面)方式有所不同,命令流方式的参数化建模更讲究顺序性。本文主梁模型采用壳单元SHELL181,取自底向上的方式构造有限元模型。在定义尺寸数值的地方用参数变量名代替,或使用与其相关的其他尺寸编号,以达到参数化的效果。在定义建模的关键点时,根据点在坐标系中的相联关系确定坐标值。例如,在APDL中的关键点52和关键点53可以表示为 K,52,L,W/2-3*H3,H2-H1 K,53,L,-KY(52),KZ(52) 通过K52的坐标值表示K53,当修改参数L或W的值时,K52和K53的位置相应发生变化。用这种参数化思想建模主梁2板件之间的一段模型,如图1所示。 根据主梁模型中每2个大筋板之间结构的对称性,按照参数N_BAN的值(大筋板个数)复制图1的模型。在支腿建模时,因参数值的变化可能导致关键点的个数不同,支腿中关键点的编号要避免与原有的重复,导致模型发生错误。将编写好的所有 APDL命令导入ANSYS命令流窗口,便可自动建成参数化模型,如图2所示。 门机的型号多以跨度来定义,本例32 t门机的跨度参数为D=26 000 mm,对于其他型号的建模,可通过在APDL中修改跨度参数D的数值来实现,同时也可实现其他结构尺寸的变化,例如修改板单元的厚度,网格尺寸的大小等。图3为跨度修改为D=10 000 mm,SHELL181四边形网格尺寸大小定义为ELEM=400,并同时修改其他参数后自动建立的模型。 由于主梁内部板件较多,结构较复杂,实现参数化建模的另一难点是如何使网格划分后的有限元模型在板块之间的交接处能共用节点。本文采用了对所有相连板件进行GLUE布尔运算的解决方法,以满足加载计算等的要求。利用APDL的循环语句选择不同位置的板块,反复进行GLUE布尔运算,以使主梁的所有板块连为一体,满足有限元分析的要求。 3 基于adams环境下小 以32 t门机为例,运用基于以上原理开发的参数化建模程序模块,快速建立有限元模型,进行主梁结构强度和变形的有限元分析。假设起重机仿真工况为无风环境下大车静止,小车满载位于主梁跨中,起升吊重从静止以额定加速度加速到额定速度。运用ADAMS环境下的门机虚拟样机动态仿真,获得此工况下作用于主梁的载荷值,再通过ANSYS参数化建模模块施加载荷。ANSYS分析获得的应力云图和变形云图如图4所示。 4 结局声明 对主梁的参数化建模和仿真分析实例表明,本文提出的方法简单实用,为不同型号门机的快速有限元分析及其推广应用提供了一种有效手段。