CN108509708A - 一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法 - Google Patents

Abstract

一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，所述方法利用AutoCAD平台创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型；利用MATLAB处理CAD中的数据，并按层的信息重组数据库，根据图层的打开和关闭情况过滤数据，再按照ANSYS的输入规则写出中转文件，并将该过程封装成独立的接口文件，确保结果准确；在ANSYS平台读取中转文件，定义对应材料属性、截面，并进行网格划分，最后完成模型的对称操作；本发明对高压输电铁塔空间刚架有限元模型建立程序化，可提高模型建立、修改的速度和精确度。

Description

一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法

技术领域

本发明涉及一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，属高压输电技术领域。

背景技术

建立精度高且与实际受力状况相符的单元模型是对输电铁塔力学性能进行精确有限元分析的基础，目前输电铁塔的建模主要有三类模型，空间桁架模型、桁梁混合模型和空间刚架模型。

由三维杆单元和三维梁单元的定义可知，空间桁架模型的杆单元只承受轴力，每个节点有三个自由度，而空间刚架模型的梁单元每个节点有三个移动和三个转动的六个自由度，因此将结构视为空间桁架结构的总体刚度矩阵的阶数比视为空间刚架结构要低。但由于实际结构中在斜杆交叉处及斜杆与竖杆联接处，均有可能使构件并非只受轴力作用，故采用空间刚架模型更接近实际状态。大量的研究也表明，三类模型中，空间桁架模型建模和计算都最简单，但计算精度最低，大量工程实践和实验表明，空间桁架法在大多数情况下可以满足工程设计的要求，但在荷载工况复杂时，计算结果和试验数据符合得不是很好。而空间刚架模型的计算精度最高，但其精确建模困难。

空间刚架模型是将角钢看作梁单元，采用高级的梁单元可以精确模拟角钢的形状，也可以反映节点偏心的影响。但是，因单角钢截面的两个主轴方向的抗弯能力明显不同，所以建模时必须输入截面主惯性轴的方向，建模过程繁琐，工作量很大，而且会导致对计算机内存需求的成倍增长，计算时间也会明显增加。输电铁塔实物模型组成塔体杆件相当复杂，不仅仅体现在数量上，而其还有十分繁杂的截面尺寸，且在同一塔中还存在不同选材之分等等，因此有限元分析人员必须对模型各组成部件要有十分清晰的规划和严谨的建模过程，最终达到有限元模型与设计图纸的完全吻合。对于一个塔模型动辄上千的杆件，如果只在ANSYS系统内处理，对有限元分析人员来说很难避免过程中不出现数据传递混乱的现象。

发明内容

本发明的目的是，为了解决实际输电工程中高压输电铁塔ANSYS空间刚架有限元精确建模困难的问题本发明提出一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法。

本发明实现的技术方案如下，高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，所述方法利用AutoCAD平台创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型；利用MATLAB处理CAD中的数据，并按层的信息重组数据库，根据图层的打开和关闭情况过滤数据；最后按照ANSYS的输入规则写出中转文件，封装成独立的接口文件，确保结果准确。

所述在AutoCAD平台的工作步骤如下：

（1）按照图纸尺寸要求创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型；

（2）对模型进行分层；

（3）校核模型，输出DXF文件。

所述创建塔身空间线模型时，需将模型中相交的线相互打断分拆；，如两根十字相交的线要分拆成四根线。

所述模型进行分层的依据是图纸材料类型、单元类型、以及截面类型。

所述在MATLAB平台的工作步骤如下：

（1）读取DXF文件中CAD数据；

（2）根据图层重组图素；

（3）提取图层名称的信息；

（4）根据图层的打开和关闭情况过滤数据；

（5）写ANSYS输入文件，并赋予线相关属性。

上述步骤在MATLAB平台的工作过程封装成独立的接口文件。

所述在ANSYS平台的工作步骤如下：

（1）定义材料属性、截面积；

（2）在前处理模块完成网格划分；

（3）完成模型对称操作；所建立模型无对称性时，无需考虑对称操作。

所述定义材料属性、截面积，其中的编号要与AoutCAD中层名称相对应。

本发明的有益效果是，本发明考虑到目前高压输电铁塔工程设计基本上都是基于AutoCAD平台，在AutoCAD平台创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型，缩小工作量且结果准确；利用MATLAB处理CAD中的数据，并按层的信息重组数据库，最后按照ANSYS的输入规则写出中转文件，封装成独立的接口文件，确保结果准确。

本发明对高压输电铁塔空间刚架有限元模型建立程序化，可提高模型建立、修改的速度和精确度。

附图说明

图1为本发明的步骤流程图；

图2为ZB511_28型高压输电铁塔AutoCAD中对称简化后的线图模型；

图3为SZC4_30型高压输电铁塔AutoCAD中对称简化后的线图模型；

图4为ZB511_28型高压输电铁塔ANSYS中的最终模型；

图5为图4中模型的局部放大图；

图6为SZC4_30型高压输电铁塔ANSYS中的最终模型；

图7为图6中模型的局部放大图。

具体实施方式

实施例1

如附图1所示，本发明实施例一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，在实施中，具体包括以下步骤：

步骤1，在AutoCAD平台，利用模型对称性创建ZB511_28型铁塔塔身对称简化后的空间线图模型，将模型中相交的线相互打断分拆，如附图2所示，依据图纸材料类型、单元类型、截面类型，将模型分为13个图层，并分别进行命名，如将材料为16Mn、截面积为80×6mm角钢分为同一图层，图层名称为16MnL80×6。校核无误后，输出DXF文件。

步骤2，在MATLAB中读取DXF文件中CAD数据，并按层的信息重组数据库，最后按照ANSYS的输入规则写出中转文本文件，该过程封装成独立的接口文件。

步骤3，在ANSYS平台读取步骤2中生成的文本文件，定义与AutoCAD中图层名称相对应材料属性、截面，在前处理模块完成网格划分，最后完成模型的对称操作，完成如附图4所示的最终模型，局部放大图如附图5所示。

实施例2

本实施例一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，在实施中，具体包括以下步骤：

步骤1，如图3所示，在AutoCAD平台，利用模型对称性创建SZC4_30型铁塔塔身对称简化后的空间线图模型；依据图纸材料类型、单元类型、截面类型，将模型分为36个图层，分别进行命名，如将材料为Q420，截面积为200×16mm的角钢分为同一图层，图层名称为Q420L200×16。校核无误后，输出DXF文件。

步骤2，在MATLAB中读取DXF文件中CAD数据，并按层的信息重组数据库，最后按照ANSYS的输入规则写出中转文件，该过程封装成独立的接口文件。

步骤3，在ANSYS平台读取步骤二中生成的文本文件，定义与AutoCAD中图层名称相对应材料属性、截面，在前处理模块完成网格划分，最后完成模型的对称操作，完成如附图6所示的最终模型，局部放大图如附图7所示。

Claims (4)

1.一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，其特征在于，所述方法利用AutoCAD平台创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型；利用MATLAB处理CAD中的数据，并按层的信息重组数据库，根据图层的打开和关闭情况过滤数据；最后按照ANSYS的输入规则写出中转文件，封装成独立的接口文件，确保结果准确。

2.根据权利要求1所述的一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，其特征在于，所述在AutoCAD平台的工作步骤如下：

（1）按照图纸尺寸要求创建塔身空间线模型，或直接将工程图纸文件拼装出最终模型；

（2）对模型进行分层；

（3）校核模型，输出DXF文件；

所述创建塔身空间线模型时，需将模型中相交的线相互打断分拆；

所述模型进行分层的依据是图纸材料类型、单元类型、以及截面类型。

3.根据权利要求1所述的一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，其特征在于，所述在MATLAB平台的工作步骤如下：

（1）读取DXF文件中CAD数据；

（2）根据图层重组图素；

（3）提取图层名称的信息；

（4）根据图层的打开和关闭情况过滤数据；

（5）写ANSYS输入文件，并赋予线相关属性

上述步骤在MATLAB平台的工作过程封装成独立的接口文件。

4.根据权利要求1所述的一种高压输电铁塔空间刚架有限元模型快速建立方法，其特征在于，所述在ANSYS平台的工作步骤如下：

（1）定义材料属性、截面积；

（2）在前处理模块完成网格划分；

（3）完成模型对称操作；所建立模型无对称性时，无需考虑对称操作；

所述定义材料属性、截面积，其中的编号要与AoutCAD中层名称相对应。