CN102214260A

CN102214260A - 用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法

Info

Publication number: CN102214260A
Application number: CN2011101849638A
Authority: CN
Inventors: 王建梅; 孙建召; 朱琳; 薛涛; 侯成; 黄讯杰
Original assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Current assignee: Taiyuan University of Science and Technology
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-10-12

Abstract

一种用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法，属于油膜轴承设计技术领域。前台人机界面包括：欢迎界面模块、账户管理模块、参数输入模块、参数引导模块、工况选择模块、分析流程模块、时钟与状态提示模块。后台计算程序包括：参数初始化模块、APDL命令模块、CCL命令模块、CFX有限元计算模块、不同工况程序模块、分析文件输入输出模块。操作方法是①将ANSYS装在D盘；②启动本发明系统，进入系统；③输入相应参数；④生成APDL文件；⑤后台启动ANSYS，生成模型；⑥生成CCL文件；⑦激活CFX，进入CFX前处理；⑧导入分析文件，直接求解；⑨进入CFX后处理，查看分析结果，输出分析报告；⑩退出系统。

Description

用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法

技术领域

本发明属于油膜轴承设计技术领域，具体涉及一种用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法。

背景技术

油膜轴承作为轧机的核心部件，对轧机的正常运行起着决定性的作用。油膜轴承的油膜起着承受载荷、减少摩擦及减小磨损的作用，其性能的研究直接影响油膜轴承的承载能力、油膜稳定性等方面，一旦发生油膜失稳，很快进入突发性油膜震荡，将导致承载力不稳，转子转动不平衡，甚至很快损伤油膜轴承。此外，油膜轴承所提供的油膜力往往体现出很强的非线性，通常采用的解决方法有：有限元法、分块直接积分法及结构分析法等，上述方法可使油膜的计算精度与实际情况更符合。但与应用计算机技术进行仿真、分析、计算相比较，仍处于落后的状态。因此，应用计算机技术对油膜轴承润滑油膜的性能研究以及油膜轴承的参数可视化有限元分析设计具有重大的意义。

目前，ANSYS作为世界最顶尖的CAE分析软件，其产品种类繁多、功能齐全，不仅能够进行结构、流体、电磁、热等物理场的单独分析，而且能在统一的数据库中进行多物理场之间的耦合分析，如热-结构耦合、流-固耦合、磁-结构耦合、电-磁-流体耦合等。应用ANSYS的参数化设计语言(APDL)可方便地对问题进行参数化建模与计算分析，大大提高产品设计与研发效率。

CFX完善了ANSYS在固体力学、流体力学、电学、传热学、磁学等多物理场以及多场耦合方案。目前已广泛应用于航空航天、汽车、船舶、旋转机械、化工能源、环境等领域，并在进一步扩大，而且完全可以实现磁流体的模拟，其特色在于：精确的数值计算方法、快速稳健的求解技术、友好的人机界面、丰富的物理模型与材料模型、良好的编程接口等。此外，其强大的后处理功能，能够帮助用户实现：云图显示、流线显示、颗粒轨迹、矢量显示、立体切片显示、制作动画、局部透明及半透明显示、绘制变量-时间曲线、生成报告等。

但是目前，对上面所述的计算机技术尚没有针对油膜轴承的专用分析计算系统，这对于油膜轴承的有限元计算分析是一个极大的缺失。

发明内容

本发明目的是提供一种用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法，可方便、易用、可靠、高效地完成对油膜轴承的设计工作。

本发明是这样实现的，其特征是以计算机为平台，对ANSYS软件进行二次开发，建立油膜轴承润滑油膜参数化计算分析系统，该系统如图1所示，包括计算机软件系统下的前台人机界面部分1和支撑该前台人机界面部分的后台计算程序部分2，其中，所述前台人机界面部分1包括：用于控制系统启动时的欢迎界面模块11；用于控制用户名和密码、登录分析系统的账户管理模块12；用于输入整个分析过程中所用参数的参数输入模块13；用于向用户提供参数输入时参考的参数引导模块14；用于选择油膜轴承传统润滑分析或磁流体润滑分析的工况选择模块15；用于依次进行模型的建立与有限元分析的分析流程模块16；用于更新系统时间和显示当前所处的分析阶段的时钟与状态提示模块17。所述后台计算程序部分2包括：用于对所用参数进行初始化赋值的参数初始化模块21；采用APDL编写油膜参数化模型和有限元离散模型的APDL命令模块22；用于编写油膜CFX分析设置程序的CCL命令模块23；通过文件的导入进行有限元计算的CFX有限元计算模块24；用于编写不同油膜工况的分析程序的不同工况程序模块25；分析所用命令流文件和分析设置文件的输入与输出的分析文件输入输出模块26。

上述的用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法，其中所述前台人机界面部分1的分析流程模块16包括以下分析按钮，如图3所示：用于生成油膜几何模型和有限元离散模型的命令流的创建APDL(A)按钮；用于后台运行ANSYS、执行“创建APDL(A)”按钮生成的命令流、进而生成有限元模型并保存模型的生成模型(M)按钮；用于生成油膜分析设置的文件、分为传统润滑和磁流体润滑的生成CCL文件(L)按钮；用于激活CFX、导入文件求解模型、进而进行后处理的进入CFX(C)按钮；用于退出分析系统的退出系统(ESC)按钮。

上述的用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法，其中，所述前台人机界面部分1的参数输入模块13共分为5种参数，如图3所示，分别为：模型参数、润滑油参数、分析设置、初始条件和网格参数，可在不同阶段设置不同区域参数。传统润滑分析时关于磁的参数可不用设置。

油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统的操作方法如下：

1.将ANSYS12.0安装在计算机D盘；再将本系统拷贝到电脑中的任何位置，但要保证文件路径中不能含有中文。再参照图5所示的工作流程图开始进行油膜轴承油膜的有限元计算分析。

2.运行oilfilm.exe应用程序，启动油膜轴承润滑油膜参数化计算分析系统，系统显示欢迎界面(图2)，输入用户名和密码，单击“确定”按钮即可进入分析系统主界面(图3)。

3.在参数输入模块13中根据需要输入相应的参数，包括：模型参数、润滑油参数、分析设置、初始条件和网格参数。可以不同阶段输入不同参数，也可一次性输入所有参数。

4.单击分析流程模块16中的“创建APDL(A)”按钮，可以生成创建油膜几何模型和有限元离散化模型的APDL文件，并提示模型生成完毕。

5.单击分析流程模块16中的“生成模型(M)”按钮，可以后台启动ANSYS，自动输入步骤3生成的APDL文件，建立几何模型，进而生成有限元模型，最后在工作目录中生成oilfilm.cdb文件。

6.单击分析流程模块16中的“生成CCL文件(L)”按钮，弹出工况选择模块15(图4)，直接选择所要分析的工况，可在工作目录中生成CCL后缀的文件。传统润滑生成oilfilm_unmag.ccl，磁流体润滑生成oilfilm_mag.ccl。

7.单击分析流程模块16中的“进入CFX(C)”按钮，激活CFX分析软件，首先设置工作目录，再单击“CFX-Pre 12.0”按钮，进入CFX前处理分析。

8.在CFX前处理中，单击“New Case”按钮，选择General即可新建一个分析，导入步骤4中生成的oilfilm.cdb文件，再导入步骤5生成的*.ccl文件，直接求解。

9.求解完成后进入CFX后处理，查看分析结果，绘制需要图形，输出分析报告。

10.完成油膜轴承润滑油膜的有限元计算分析，单击“退出系统(ESC)”按钮，退出油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统。

在操作上述步骤3之前，用户可通过改变oilfilm.dat文件，添加自己的油膜计算分析程序，再执行步骤3。在操作上述步骤4时，会弹出一个模型创建信息窗口，若出现错误可以通过此窗口的提示进行快速修改。

本发明的用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统及操作方法，可以对各种参数配合的油膜轴承润滑油膜模型进行有限元分析，及生成后处理报告，它具有以下优点及积极效果：

1)良好的人机互动界面。正确登录主控程序后，用户只需要设置好所需要改变的参数，然后按照箭头的方向依次进行操作即可。程序在运行的过程中用户可以随时掌握自己目前所处的分析阶段，若发现错误可随时停止，并且返回错误步骤重新操作即可。这种友好的人机界面减少了错误操作的次数，使油膜的有限元计算分析更加直观、方便。

2)强大的参数化建模与参数化分析能力。通过对油膜轴承的关键尺寸与关键尺寸之间的关系进行分析，提炼出主要参数，建立参数列表。分析油膜流体动力学有限元分析设置中的主要参数，提炼出关键参数，建立界面参数列表。用户通过友好的界面直接输入相应的参数，即可完成参数化建模与有限元分析过程。

3)可适用于油膜轴承的传统润滑和磁流体润滑。用户可以通过选择进行传统润滑油膜轴承油膜有限元计算分析，或者进行磁流体润滑油膜轴承油膜有限元计算分析，为以后磁流体应用于油膜轴承润滑提供了支持，同时也提供了一种思路。

4)良好的兼容性和便捷的移植性。只要安装了ANSYS12.0的Mechanical模块和CFX模块，无论是何种操作系统，都可以成功应用本分析系统。

附图说明

图1是本发明的油膜轴承油膜参数化计算分析系统结构图

图2是本发明的油膜轴承油膜参数化计算分析系统欢迎界面

图3是本发明的油膜轴承油膜参数化计算分析系统主界面

图4是本发明的油膜轴承油膜参数化计算分析系统分析类型选择界面

图5是本发明的油膜轴承油膜参数化计算分析系统工作流程图

图6是建模信息输出窗口

图7是CFX软件界面

图8是CFX前处理界面

图9是CFX新分析模拟类型选择框

图10是CFX输入DB文件选择界面

图11是CFX输入CCL文件选择界面

图12是CFX完成模型导入与模型设置后界面

图13是CFX求解界面

图14是油膜压力云图

图15是分析报告界面

具体实施方式

根据前述分析步骤可进行下面油膜有限元分析：

1.在D盘下安装好ANSYS12.0，将本发明系统拷贝到F盘下，开始分析。

2.运行oilfilm.exe应用程序，显示欢迎界面(图2)，输入用户名和密码，单击“确定”按钮，进入分析系统主界面(图3)

3.设置轴承转速为-100rev/min。

4.单击“创建APDL(A)”按钮，在当前目录下生成input.dat文件。

5.单击“生成模型(M)”按钮，后台运行ANSYS，并弹出建模信息输出窗口(图6)，显示建模过程，在当前目录下生成oilfilm.cdb文件。

6.单击“生成CCL文件(L)”按钮，选择传统润滑分析，在当前目录下生成oilfilm_unmag.ccl文件。

7.单击“进入CFX(C)”按钮，激活CFX软件(图7)，设置工作目录为当前目录，再单击“CFX-Pre12.0”按钮，进入CFX前处理(图8)。

8.在CFX前处理中，单击“New Case”按钮，选择General(图9)即可新建一个分析，导入步骤5中生成的oilfilm.cdb文件(图10)，再导入步骤6生成的oilfilm_unmag.ccl文件(图11)，即可完成模型导入与模型设置(图12)，单击“Define Run”按钮求解(图13)。

9.查看压力云图(图14)，输出分析报告(图15)。

10.单击“退出系统(ESC)”按钮，退出分析系统。

Claims

1.一种用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统，其特征是，包括计算机软件系统下的前台人机界面部分(1)和支撑该前台人机界面部分的后台计算程序部分(2)：

前台人机界面部分(1)包括：

用于控制系统启动时的欢迎界面的欢迎界面模块(11)，

用于控制用户名和密码、登录分析系统的账户管理模块(12)，

用于输入整个分析过程中所用参数的参数输入模块(13)，

用于以图片形式显示油膜轴承参数，方便用户输入参数时参考的参数引导模块(14)，

用于选择油膜轴承传统润滑分析或磁流体润滑分析的工况选择模块(15)，

用于依次进行模型的建立与计算分析的分析流程模块(16)，

用于更新系统时间和显示当前所处的分析阶段的时钟与状态提示模块(17)；

后台计算程序部分(2)包括：

用于对所用参数进行初始化赋值的参数初始化模块(21)，

采用APDL编写油膜参数化模型和离散化模型的APDL命令模块(22)，

用于编写油膜CFX分析设置程序的CCL命令模块(23)，

用于通过文件的导入进行有限元计算的CFX有限元计算模块(24)，

用于编写不同油膜工况的分析程序的不同工况程序模块(25)，

分析所用命令流文件和分析设置文件的输入与输出的分析文件输入输出模块(26)；

所述的分析流程模块(16)包括以下分析的按钮：

用于生成油膜几何模型和有限元模型的命令流的创建APDL(A)按钮，

用于后台运行ANSYS、执行“创建APDL(A)”按钮生成的命令流、进而生成有限元模型并保存模型的生成模型(M)按钮，

用于生成润滑油膜的分析设置文件、分别为传统润滑和磁流体润滑的生成CCL文件(L)按钮，

用于激活CFX、导入文件求解模型、进而进行后处理的进入CFX(C)按钮，

用于退出分析系统的退出系统(ESC)按钮；

所述的参数输入模块(13)，共有为5种参数，分别为：模型参数、润滑油参数、分析设置、初始条件和网格参数，可在不同阶段设置不同区域参数，也可在分析前全部设置，传统润滑分析时关于磁的参数可不用设置。

2.根据权利1所述的用于油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统的操作方法，其特征是：

①.将ANSYS12.0安装在计算机D盘；再将本系统拷贝到电脑中的任何位置，但要保证文件路径中不能含有中文，再参照工作流程图开始进行油膜轴承油膜的有限元计算分析；

②.运行oilfilm.exe应用程序，启动油膜轴承润滑油膜参数化计算分析系统，系统显示欢迎界面，输入用户名和密码，单击“确定”按钮即可进入分析系统主界面；

③.在参数输入模块(13)中根据需要输入相应的参数，包括：模型参数、润滑油参数、分析设置、初始条件和网格参数，可以不同阶段输入不同参数，也可一次性输入所有参数；

④.单击分析流程模块(16)中的“创建APDL(A)”按钮，可以生成创建油膜几何模型和有限元离散化模型的APDL文件，并提示模型生成完毕；

⑤.单击分析流程模块(16)中的“生成模型(M)”按钮，可以后台启动ANSYS，自动输入步骤③生成的APDL文件，建立几何模型，进而生成有限元模型，最后在工作目录中生成oilfilm.cdb文件；

⑥.单击分析流程模块(16)中的“生成CCL文件(L)”按钮，弹出工况选择模块(15)，直接选择所要分析的工况，可在工作目录中生成CCL后缀的文件，传统润滑生成oilfilm_unmag.ccl，磁流体润滑生成oilfilm_mag.ccl；

⑦.单击分析流程模块(16)中的“进入CFX(C)”按钮，激活CFX分析软件，首先设置工作目录，再单击“CFX-Pre 12.0”按钮，进入CFX前处理分析；

⑧.在CFX前处理中，单击“New Case”按钮，选择General即可新建一个分析，导入步骤⑤中生成的oilfilm.cdb文件，再导入步骤⑥生成的*.ccl文件，直接求解；

⑨.求解完成后进入CFX后处理，查看分析结果，绘制需要图形，输出分析报告；

⑩.完成油膜轴承润滑油膜的有限元计算分析，单击“退出系统(ESC)”按钮，退出油膜轴承润滑油膜的参数化计算分析系统。

在操作上述步骤③之前，用户可通过改变oilfilm.dat文件，添加自己的油膜计算分析程序，再执行步骤③，在操作上述步骤④时，会弹出一个模型创建信息窗口，若出现错误可以通过此窗口的提示进行快速修改。