CN102289530A - 一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种起重机通用型主梁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、参数输出模块、数据检查模块、动态帮助模块、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、时钟显示模块，本发明的特点具有强大的主梁参数建模能力、完善的数据查错能力、良好的人机互动、良好的兼容性和移植性，为大型起重机主梁设计和制造提出指导意见，提高了主梁设计效率和加工质量，降低了主梁产品的成本。

Description

一种起重机通用型主梁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，尤其涉及一种在现有计算机分析系统基础上二次开发的主梁参数化计算机建模系统。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。现代起重机的特征和发展趋向具体表现在以下几个方面：重点产品大型化；系列产品模块化；通用产品小型化、轻量化；产品性能自动化；产品组合成套化；产品设计微机化；产品构造新型化；产品制造柔性化。

我国的起重机制造业起步于20世纪50年代，此阶段起重机设计大多是从原苏联引进的，因此早期的起重机钢结构设计理论偏于保守，主要表现在安全系数高，结构自重大，这样人为地造成了起重机的整体尺寸和重量过于庞大。模块化、参数化设计和仿真分析技术还没有在起重机行业中全面推广应用。

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，可以实现对起重机主梁设计方案和制造工艺的全面试验和分析，定量的研究各种因素对主梁结构的影响，找出其中的关联规律，为起重机主梁的设计和制造提供指导意见，优化加工工艺，提高主梁设计效率和加工质量，降低产品开发成本，因此，有限元建模的质量和效率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型有限元分析软件，使现在产品设计中的高级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、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职线显示、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还没有针对通用型主梁的建模系统，主梁产品设计和制造通过人工方式，随意性很大，效率很低，因此急需解决这一缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种方便、易用、可靠的并在现有计算机分析系统基础上二次开发的主梁参数化计算机建模系统。

实现上述目的的技术方案是：一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统，包括在计算机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和模型文件；

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，以图片形式显示主梁各个参数的意义，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主梁的各个参数化结构，选择主梁结构形式和输入相应的参数数值，该输入选择模块的选择按钮包括总体结构尺寸按钮、端部尺寸按钮、筋板及其它尺寸按钮、材料属性按钮、网格大小按钮，其中，所述总体结构尺寸按钮用于进入主梁的总体结构尺寸参数输入界面，所述端部尺寸按钮用于进入主梁的端部参数输入界面，所述筋板及其它尺寸按钮用于进入主梁的筋板及其它结构的参数输入界面，所述材料属性按钮用于进入主梁的材料属性参数输入界面，所述网格大小按钮用于进入主梁的网格大小参数输入界面；

参数输入模块，用于输入各种主梁参数数值；

操作命令选择模块，供用户选择要执行的各种命令，该操作命令选择模块包括数据检查按钮、保存文件按钮、建模按钮、取消建模按钮、打开文件按钮、划分网格按钮、取消网格按钮，其中，所述的数据检查按钮，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，所述的保存文件按钮，通过文件输出模块输出APDL建模命令和已建好的几何模型，所述的建模按钮用于在计算机系统中按设定的参数建立主梁模型，所述的取消建模按钮用于取消在计算机系统中建立的主梁模型，所述的打开文件按钮，用于导入已建立的几何模型文件，所述的划分网格按钮，用于对已建立的主梁几何模型进行网格划分，建立有限元模型，所述的取消网格按钮，用于取消在计算机系统中建立的网格模型；

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。

本发明的有益效果是：运用本发明的主梁参数化计算机建模系统，可以快速建立各种规格尺寸的多用途大型起重机通用型主梁的几何模型和有限元模型，它具有：

强大的参数化建模能力。通过对各种主梁的结构相似性分析，提炼出它们的各种特征，建立相应的数据结构来存储这些数据。良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。

完备的数据差错能力，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，确保向现有计算机系统传递数据的准确性。

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。

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是本发明的一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统的结构示意图；

图2是本发明的一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统的程序主界面示意图；

图3是本发明的一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统的建模工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步说明。

请参阅图1和图2，图中示出了本发明的一种起重机通用型主梁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和与前台人机界面部分2相连的后台核心计算部分1。

后台核心计算部分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做出反应；文件输出模块15，用来输出建模命令流和模型文件；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。

前台人机界面部分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主梁各个参数的意义，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主梁的各个参数化结构，选择主梁结构形式和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，供用户输入各种主梁参数数值，根据输入选择模块22不同的选择按钮可输入主梁各部分的相应参数；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。

输入选择模块22包括下列主梁的选择按钮：主梁的选择按钮：总体结构尺寸按钮，用于进入主梁的总体结构尺寸参数输入界面；端部尺寸按钮，用于进入主梁的端部参数输入界面；筋板及其它尺寸按钮，用于进入主梁的筋板及其它结构的参数输入界面，材料属性按钮，用于进入主梁的材料属性参数输入界面，网格大小按钮，用于进入主梁的网格大小参数输入界面。

操作命令选择模块24包括以下几个功能按钮：数据检查按钮，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；保存文件按钮，通过文件输出模块15输出APDL建模命令和已建好的几何模型；建模按钮，用于在计算机系统中按设定的参数建立主梁模型；取消建模按钮，用于取消在计算机系统中建立的主梁模型；打开文件按钮，用于导入已建立的几何模型文件，划分网格按钮，用于对已建立的主梁几何模型进行网格划分，建立有限元模型，取消网格按钮，用于取消在计算机系统中建立的网格模型；

再请参阅图3，图中显示了本发明的起重机通用型主梁参数化计算机建模系统的工作流程，首先，将主梁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，GG model，input，zhuliang”。启动ANSYS软件系统可以看到在工具栏(toolbar)中新增了一个“GG MODEL”按钮。

主梁参数化有限元建模步骤如下：

步骤S1，启动参数化建模系统，在ANSYS软件系统环境下选择“GG MODEL”按钮，可以启动主梁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。

步骤S2，输入主梁几何结构参数，在参数输入模块23中根据输入选择模块22不同的选择按钮输入主梁各部分的相应参数，包括：总体结构尺寸、端部尺寸、筋板及其它尺寸。

步骤S 3，检查主梁几何结构，单击操作命令选择模块24中的“数据检查”按钮检查输入的各结构参数和尺寸链的合理性。判断是否合格，

对于合格的，则进入步骤S4；

对于不合格的，即需要修改的，则返回步骤S2，重新输入主梁几何结构参数。

步骤S4，主梁几何建模，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。

步骤S5，判断是否满意本系统，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，返回步骤S2，重复步骤S2-S5直到建立满意的几何模型为止。

步骤S6，输入主梁有限元模型参数，在参数输入模块23中根据输入选择模块22不同的选择按钮输入主梁划分网格各部分的相应参数，包括：材料属性、网格大小。

步骤S7，检查主梁网格属性参数，单击操作命令选择模块24中的“数据检查”按钮检查输入的网格属性参数的合理性。判断是否合格，

对于合格的，则进入步骤S8；

对于不合格的，即需要修改，则返回步骤S6，重新输入主梁网格属性参数。

步骤S8，主梁有限元网格模型建模，单击操作命令选择模块24中的“划分网格”按钮，ANSYS软件系统按输入的参数建立并显示有限元模型。

步骤S9，再次判断是否满意本系统，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“取消网格”按钮，取消ANSYS软件系统中的有限元模型，返回步骤S6，重复步骤S6-S9直到建立满意的有限元网格模型为止。

请参阅图2，本实施中，当按下左侧的几何建模时，可以选择参数，包括总体结构尺寸按钮、端部尺寸按钮、筋板及其它尺寸按钮，当按下左侧的网格划分时，则可选择材料属性按钮和网格大小按钮。

在操作上述步骤4时，要启动ANSYS，进入欢迎界面以后，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。如果软件运行过程出现问题，查看.LOG文件的内容的命令流和错误提示，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，能有效提高工作速度。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种起重机通用型主梁参数化计算机建模系统，包括在计算机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和模型文件；

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，以图片形式显示主梁各个参数的意义，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主梁的各个参数化结构，选择主梁结构形式和输入相应的参数数值，该输入选择模块的选择按钮包括总体结构尺寸按钮、端部尺寸按钮、筋板及其它尺寸按钮、材料属性按钮、网格大小按钮，其中，所述总体结构尺寸按钮用于进入主梁的总体结构尺寸参数输入界面，所述端部尺寸按钮用于进入主梁的端部参数输入界面，所述筋板及其它尺寸按钮用于进入主梁的筋板及其它结构的参数输入界面，所述材料属性按钮用于进入主梁的材料属性参数输入界面，所述网格大小按钮用于进入主梁的网格大小参数输入界面；

参数输入模块，用于输入各种主梁参数数值；

操作命令选择模块，供用户选择要执行的各种命令，该操作命令选择模块包括数据检查按钮、保存文件按钮、建模按钮、取消建模按钮、打开文件按钮、划分网格按钮、取消网格按钮，其中，所述的数据检查按钮，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，所述的保存文件按钮，通过文件输出模块输出APDL建模命令和已建好的几何模型，所述的建模按钮用于在计算机系统中按设定的参数建立主梁模型，所述的取消建模按钮用于取消在计算机系统中建立的主梁模型，所述的打开文件按钮，用于导入已建立的几何模型文件，所述的划分网格按钮，用于对已建立的主梁几何模型进行网格划分，建立有限元模型，所述的取消网格按钮，用于取消在计算机系统中建立的网格模型；

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。

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