CN101192242B - 曲轴参数化计算机建模系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种曲轴参数化计算机建模系统，包括前台人机界面部分和后台核心计算部分，其中，所述后台核心计算部分包括：欢迎界面模块、主要数据结构初始化模块、图形界面模块、按钮命令模块、文件输出模块、数据检查模块、动态帮助模块及时钟模块。所述前台人机界面部分包括：参数引导模块、输入选择模块、参数输入模块、操作命令选择模块、动态帮助模块及时钟显示模块。本发明的特点具有：1)强大的参数化建模能力；2)完备的数据查错能力；3)良好的人机互动；4)良好的兼容性和移植性。为曲轴精加工的调校和加工工艺提出指导意见，优化加工工艺，提高曲轴精加工效率和加工质量，提高曲轴专用车床的使用效率，降低制造成本。

Description

曲轴参数化计算机建模系统
技术领域
本发明涉及一种复杂形状物体的计算机建模系统，具体涉及一种在现有计算机分析系统基础上二次开发的曲轴参数化计算机建模系统。
背景技术
由于大型船用柴油机曲轴的重量、尺寸和投资非常巨大，属于典型的极端制造范畴，难以用常规的实物试验方法对曲轴生产过程中的铸造、锻造、红套、精加工和系统动力学试验。大型船用曲轴的精加工采用带回转中心架的专用曲轴机床，通过精加工使曲轴达到设计图纸的尺寸形位公差要求，曲轴轴线平直。但是，由于曲轴很长，弯头多形状复杂，刚性差，在重力、回转离心力和支撑等的作用下容易产生复杂的绕曲变形。这种非常复杂的绕曲变形同待加工曲轴本身存在的各种尺寸和形位偏差(例如：曲轴主轴颈外圆的椭圆度与不圆度、曲轴轴颈的轴线间不同心等)相互混合，使得具有多中心支撑架的曲轴精加工调整极为复杂，成为世界难题。
随着计算机技术的迅速发展，应用计算机数值仿真技术已成为与实验同样重要的实现技术创新，开发新工艺的基本研究手段。综合应用先进的计算机数值仿真试验和分析技术，可以实现对曲轴精加工工艺及其技术进行全面的试验和分析，定量地试验和研究各种影响因素对曲轴变形和调校的影响，找出其中的关联规律，为曲轴精加工的调校和加工工艺提出指导意见，优化加工工艺，提高曲轴精加工效率和加工质量，提高曲轴专用车床的使用效率，降低制造成本。因此，有限元建模的质量和效率将是一个非常重要的方面。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。
目前有限元建模领域中还没有针对曲轴的建模系统，这给曲轴精加工的调校和加工工艺只能凭技术人员经验，通过人工方式进行，随意性很大，生产效率很低。因此亟待解决这一缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种方便、易用、可靠的并在现有计算机分析系统基础上二次开发的曲轴参数化计算机建模系统。
为解决上述技术问题，本发明采用一种曲轴参数化计算机建模系统，包括在计算机分析系统下的前台人机界面部分和与该前台人机界面部分相连的后台核心计算部分，其中，所述后台核心计算部分包括：欢迎界面模块，用于控制程序启动时的欢迎界面；主要数据结构初始化模块，用于在程序启动时初始化各种数据结构；图形界面模块，用于控制程序的前台人机界面；按钮命令模块，用于对用户的单击按钮作出反应；文件输出模块，用于输出建模命令流文件；数据检查模块，用于检查用户输入数据的正确性；动态帮助模块，用于对用户提供动态帮助；时钟模块，用于更新状态栏中的时钟显示；所述前台人机界面部分包括：参数引导模块，以图片形式直观的显示曲轴各个参数的意义，供用户输入各参数数值时参考；输入选择模块，通过后台的按钮命令模块以按钮的形式供用户选择曲轴的各个参数化结构，用于输入相应的参数数值；参数输入模块，用于输入各种曲轴参数数值；操作命令选择模块，供用户选择要执行的各种操作命令；
动态帮助模块，通过后台的动态帮助模块对用户提供动态帮助；时钟显示模块，通过后台的时钟模块显示当前系统时间。
上述的曲轴参数化计算机建模系统，其中，所述前台人机界面部分的输入选择模块包括下列曲轴的选择按钮：固定端按钮，用于进入曲轴的固定端输入界面；主轴颈按钮，用于进入曲轴的主轴颈参数输入界面；曲拐按钮，用于进入曲轴的曲拐参数输入界面；自由端按钮，用于进入曲轴的自由端参数输入界面；曲拐数设定按钮，用于进入曲轴曲拐数设定界面；划分网格设定按钮，用于进入划分网格参数设定；关于本软件按钮，用于显示软件信息。
上述的曲轴参数化计算机建模系统，其中，所述参数输入模块根据输入选择模块不同的选择按钮可输入曲轴各部位的相应参数。
上述的曲轴参数化计算机建模系统，其中，所述前台人机界面部分的操作命令选择模块包括以下几个功能按钮：检查数据按钮，通过后台的数据检查模块检查用户在参数输入模块输入的各参数的数值和各结构尺寸链的合理性；输出到文件按钮，通过文件输出模块输出APDL建模命令流到APDLExport.txt文件；建模按钮，用于在计算机分析系统中按设定的参数建立曲轴模型；取消建模按钮，用于取消在计算机分析系统中建立的曲轴模型；划分网格按钮，用于检查用户设定的划分网格数据的合理性，同时在计算机分析系统中对建立的曲轴模型划分网格；取消网格按钮，用于取消在计算机分析系统中的网格划分；退出按钮，用于退出程序。
运用本发明的曲轴参数化计算机建模系统，可以快速建立各种规格尺寸船用大型半组合式曲轴的有限元模型，它具有：
1)强大的参数化建模能力。通过对各型号曲轴的结构相似性的分析，提炼出它们的各种特征，建立相应的数据结构来储存这些数据。友好人机界面引导用户输入相应的数据来完成参数化建模过程。
2)完备的数据查错能力，系统在内部集成了完备的数据检查功能，用于防止由于数据输入的错误导致建模分析失败，确保向现有计算机分析系统传递数据的准确性。
3)良好的人机互动，程序在运行过程中可以同用户进行良好的互动，每进行一步操作，都会在现有计算机分析系统中有相应的显示，有助于用户判断其操作的正确性，减少错误操作。同时，友好人机界面使得各种操作工作更加直观、方便。
4)良好的兼容性和移植性，只要是安装了现有计算机分析系统(ANSYS5.5以上版本)的计算机系统，不管是基于何种操作系统环境(例如：Unix、Windows、Mac等)，都可以很好地运行本系统。
附图说明
图1是本发明的曲轴参数化计算机建模系统的结构方框图；
图2是本发明的曲轴参数化计算机建模系统的程序主界面示意图；
图3是本发明的曲轴参数化计算机建模系统的建模工艺流程图。
具体实施方式
本发明的曲轴参数化计算机建模系统，包括在现有计算机分析系统(ANSYS软件)下的前台人机界面部分2和与该前台人机界面部分2相连的后台核心计算部分1，所述后台核心计算部分1(请见图1)包括：欢迎界面模块11、主要数据结构初始化模块12、图形界面模块13、按钮命令模块14、文件输出模块15、数据检查模块16、动态帮助模块17及时钟模块18，其中，欢迎界面模块11，用于控制程序启动时的欢迎界面；主要数据结构初始化模块12，用于在程序启动时初始化各种数据结构；图形界面模块13，用于控制程序的前台人机界面；按钮命令模块14，用于对用户的单击按钮作出反应；文件输出模块15，用来输出建模命令流文件；数据检查模块16，用于检查用户输入数据的正确性；动态帮助模块17，用于对用户提供动态帮助；时钟模块18，用于更新状态栏中的时钟显示。
所述前台人机界面部分2(请见图2)包括：参数引导模块21、输入选择模块22、参数输入模块23、操作命令选择模块24、动态帮助模块25及时钟显示模块26，其中，参数引导模块21，以图片形式直观的显示曲轴各个参数的意义，供用户输入各参数数值时参考；输入选择模块22，通过后台的按钮命令模块14以按钮的形式供用户选择曲轴的各个参数化结构，用于输入相应的参数数值，用户的选择将同步更新参数引导模块21和参数输入模块23的显示；参数输入模块23，供用户输入各种曲轴参数数值，根据输入选择模块22不同的选择按钮可输入曲轴各部位的相应参数；操作命令选择模块24，供用户选择要执行的各种操作命令；动态帮助模块25，通过后台的动态帮助模块17对用户提供动态帮助；时钟显示模块26，通过后台的时钟模块18显示当前系统时间。
所述输入选择模块22包括下列曲轴的选择按钮：固定端按钮，用于进入曲轴的固定端输入界面；主轴颈按钮，用于进入曲轴的主轴颈参数输入界面；曲拐按钮，用于进入曲轴的曲拐参数输入界面；自由端按钮，用于进入曲轴的自由端参数输入界面；曲拐数设定按钮，用于进入曲轴曲拐数设定界面；划分网格设定按钮，用于进入划分网格参数设定；关于本软件按钮，用于显示软件信息。
所述的操作命令选择模块24包括以下几个功能按钮：检查数据按钮，通过后台的数据检查模块16检查用户在参数输入模块输入的各参数的数值和各结构尺寸链的合理性；输出到文件按钮，通过文件输出模块15输出APDL建模命令流到APDLExport.txt文件；建模按钮，用于在ANSYS中按设定的参数建立曲轴模型；取消建模按钮，用于取消在ANSYS中建立的曲轴模型；划分网格按钮，用于检查用户设定的划分网格数据的合理性，同时在ANSYS中对建立的曲轴模型划分网格；取消网格按钮，用于取消在ANSYS中的网格划分；退出按钮，用于退出程序。
再请参阅图3，图中显示了曲轴参数化计算机建模系统的工作流程，首先，将曲轴参数化计算机建模系统的后台核心计算部分的含有欢迎界面模块11、主要数据结构初始化模块12、图形界面模块13、按钮命令模块14、文件输出模块15、数据检查模块16、动态帮助模块17及时钟模块18的软件包拷贝到ANSYS软件系统工作目录下，在ANSYS软件系统的启动文件中添加：“*abbr，CS MODEL，/input，quzhou”。启动ANSYS软件系统可以看到在工具栏(toolbar)中新增了一个“CS MODEL”按钮。
曲轴参数化有限元建模步骤如下：
1.在ANSYS软件系统环境下选择“CS MODEL”按钮，可以启动曲轴参数化计算机建模系统，启动建模程序后，系统首先显示欢迎界面，延时一段时间后，程序自动切换到主界面，如图2所示。
2.在参数输入模块23中根据输入选择模块22不同的选择按钮可输入曲轴各部位的相应参数，包括：固定端尺寸、主轴颈尺寸、曲拐尺寸、自由端尺寸、曲拐数和角度。
3.单击操作命令选择模块24中的“检查数据”按钮，检查输入的各结构参数和尺寸链的合理性。如果必须修改可以重新输入曲轴几何结构参数。
4.单击操作命令选择模块24中的“建模”按钮，ANSYS软件系统按输入的参数建立并显示几何模型。
5.如果对建立的模型不满意，可单击操作命令选择模块24中的“取消建模”按钮，取消ANSYS软件系统中的几何模型，重复第2-5步直到建立满意的模型为止。
6.在输入选择模块22选择“划分网格设定”按钮，然后输入网格划分参数。
7.在操作命令选择模块24中单击“划分网格”按钮，在ANSYS软件系统环境中对模型划分网格，显示划分网格的曲轴模型。
8.如果不满意划分的网格，单击操作命令选择模块24中的“取消网格”按钮，取消ANSYS中的网格划分。然后重复第6-8步，直到获得满意的网格划分为止。
9.完成曲轴有限元建模，在操作命令选择模块24中选择“退出”按钮，退出曲轴参数化建模系统。
在操作上述步骤4时，要启动ANSYS，进入欢迎画面以后，程序停留在开始平台。从开始平台(主菜单)可以进入各处理模块：PREP7(通用前处理模块)，SOLUTION(求解模块)。用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行，也可以在命令输入窗口通过键盘输入。命令一经执行，该命令就会在.LOG文件中列出，打开输出窗口可以看到.LOG文件的内容。如果软件运行过程中出现问题，查看.LOG文件中的命令流及其错误提示，将有助于快速发现问题的根源。.LOG文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中，在以后进行同样工作时，由ANSYS自动读入并执行，这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时，能有效地提高工作速度。

Claims (1)

1.一种曲轴参数化计算机建模系统，包括在计算机分析系统下的前台人机界面部分和与该前台人机界面部分相连的后台核心计算部分，其特征在于，
所述后台核心计算部分包括：
欢迎界面模块，用于控制程序启动时的欢迎界面；
主要数据结构初始化模块：用于在程序启动时初始化各种数据结构；
图形界面模块，用于控制程序的前台人机界面；
按钮命令模块，用于对用户的单击按钮作出反应；
文件输出模块，用于输出建模命令流文件；
数据检查模块，用于检查用户输入数据的正确性；
动态帮助模块，用于对用户提供动态帮助；
时钟模块，用于更新状态栏中的时钟显示；
所述前台人机界面部分包括：
参数引导模块，以图片形式直观的显示曲轴各个参数的意义，供用户输入各参数数值时参考；
输入选择模块，通过后台的按钮命令模块以按钮的形式供用户选择曲轴的各个参数化结构，用于输入相应的参数数值；
参数输入模块，用于输入各种曲轴参数数值；
操作命令选择模块：供用户选择要执行的各种操作命令；
动态帮助模块，通过后台的动态帮助模块对用户提供动态帮助；
时钟显示模块，通过后台的时钟模块显示当前系统时间；
所述前台人机界面部分的输入选择模块包括下列曲轴的选择按钮：
固定端按钮，用于进入曲轴的固定端输入界面；
主轴颈按钮，用于进入曲轴的主轴颈参数输入界面；
曲拐按钮，用于进入曲轴的曲拐参数输入界面；
自由端按钮，用于进入曲轴的自由端参数输入界面；
曲拐数设定按钮，用于进入曲轴曲拐数设定界面；
划分网格设定按钮，用于进入划分网格参数设定；
关于本软件按钮，用于显示软件信息；
所述参数输入模块根据输入选择模块不同的选择按钮可输入曲轴各部位的相应参数；
所述前台人机界面部分的操作命令选择模块包括以下几个功能按钮：
检查数据按钮，通过后台的数据检查模块检查用户在参数输入模块输入的各参数的数值和各结构尺寸链的合理性；
输出到文件按钮，通过文件输出模块输出APDL建模命令流到APDLExport.txt文件；
建模按钮，用于在计算机分析系统中按设定的参数建立曲轴模型；
取消建模按钮，用于取消在计算机分析系统中建立的曲轴模型；
划分网格按钮，用于检查用户设定的划分网格数据的合理性，同时在计算机分析系统中对建立的曲轴模型划分网格；
取消网格按钮，用于取消在计算机分析系统中的网格划分；
退出按钮，用于退出程序。
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