CN107145686A - 一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法 - Google Patents

一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及核动力工程管道支架有限元分析建模技术，具体涉及一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法。本发明利用AutoCAD软件绘制三维直线的简单功能，通过AutoCAD软件提供的.Net开发接口，将识别AutoCAD文件中按规则绘制的直线自动识别为型钢和地板等结构元件，并生成ANSYS软件可识别的APDL(ANSYS参数化设计语言)文本命令流。本发明针对核动力工程管道支架的特点，省略了ANSYS手动建模计算中大量繁琐的操作，利用.Net编程语言的数据处理能力自动进行数据处理，生成用于ANSYS软件分析计算的APDL文本命令流，导入到ANSYS软件中自动建模、计算并输出结果，最大限度地减少了有限元分析支架模型的建模时间，能有效提升核动力工程管道支架设计人员的设计效率。

Description

一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法
技术领域
本发明涉及核电工程管道支架有限元分析建模技术，具体涉及一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法。
背景技术
核动力工程管道的支架数量庞大。作为管道支撑，支架需根据管道的应力分析结果，按照功能和布置情况进行设计，绝大部分为非标准形式，因此需对此类管道支架进行刚度和强度计算，以保证在各种运行工况下支架的应力不超过规范规定的许用应力。为保证计算的准确性，工程人员采用ANSYS软件作为核动力工程管道支架的计算分析工具，但ANSYS手动建模过程复杂，修改较困难，且支架数量繁多，形式各异，计算任务十分繁重。
核动力工程的管道支架是采用标准的型钢、钢板设计的。同时支架用钢材的材料特性、支架计算分析的分析类型，输出数据要求等都是一致的。因此使用程序自动创建ANSYS计算分析模型并自动计算输出结果成为可能。
在ANSYS软件中进行手动建模时，不仅需要将支架按照建模要求细化设计，而且需要为每一个支架设置所需要的所有信息，因此核动力工程管道支架建模计算的过程十分繁琐，建模后对模型的修改和重新计算也较为困难，对计算人员的综合素质要求高，造成支架计算效率低下，而且也非常容易发生错误。因此，目前迫切需要开发一种能够简化建模过程、提高计算效率和准确性的新方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，从而最大限度地减少有限元分析支架模型的建模时间，有效提升核动力工程管道支架设计人员的设计效率。
本发明的技术方案如下：一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，包括如下步骤:
(1)制定AutoCAD图形中直线集合的组织规则，用直线特性表示ANSYS模型信息；
(2)根据步骤(1)中所制定的规则编制程序，遍历AutoCAD图形的数据库，读取AutoCAD图形中生成ANSYS计算模型所需要的数据信息；
(3)将步骤(2)中所述数据信息按照ANSYS参数化编程语言的格式和管道支架计算要求生成APDL文本命令流；
(4)在ANSYS中运行步骤(3)所生成的APDL文本命令流，并检查计算结果；
(5)如果计算结果满足规范要求则结束；如果计算结果不满足规范要求，则返回步骤(1)修改AutoCAD图形中直线集合，进而重新执行步骤(2)-步骤(4)的操作。
进一步，如上所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，步骤(1)中所述的直线特性包括AutoCAD三维直线的颜色、端点、长度特性，所述的ANSYS模型信息包括支架型钢、底板、约束、荷载。
进一步，如上所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，步骤(2)中，读取AutoCAD图形中生成ANSYS计算模型所需要的数据信息后，检查数据完整性和正确性，如果数据不满足要求则提醒用户修改。
进一步，如上所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，步骤(3)中所述的生成APDL文本命令流的方法如下：
(3-1)根据核电工程管道支架计算的特点设置计算参数，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-2)统计所有直线的起点和终点坐标，按照APDL的格式将所有的端点创建成ANSYS计算模型的关键点；如果一个位置存在两个关键点，则合并成一个关键点；
(3-3)依次将所有表示结构的直线从关键点位置切断成两部分，以保证生成的ANSYS模型中交叉的结构部件能有效连接；
(3-4)依次将表示结构的直线转化为ANSYS中的线，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-5)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板信息的直线逐一生成ANSYS中的关键点、线和面，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-6)根据表示结构部件截面和截面方向的直线信息，逐一对梁单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-7)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板类型的直线信息对构建底板的壳单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-8)根据表示约束、荷载的直线的特征信息将相关约束和荷载信息按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-9)根据核电工程管道支架计算的特点设置后处理参数信息并按照APDL的格式写入输出文件中，完成AutoCAD图形直线到ANSYS计算的APDL文本的转化。
进一步，如上所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，步骤(4)中，用户将生成的用于ANSYS计算分析的APDL文本导入ANSYS软件或复制到ANSYS软件命令输入框运行，自动生成ANSYS计算模型，按照规定的分析类型进行分析并进行后处理，按照要求输出计算结果。
进一步，如上所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，如果用户使用了三维设计软件来进行管道支架三维模型的设计，能够通过编制绘制直线程序，在AutoCAD中自动生成根据规则组织的直线集合，然后执行本方法步骤(1)-步骤(5)的操作，实现从三维设计软件到AutoCAD再到ANSYS计算分析的自动计算分析过程。
本发明的有益效果如下：本发明提供的利用AutoCAD绘制直线来创建支架ANSYS计算分析模型的方法，利用AutoCAD的.Net开发接口和ANSYS提供的APDL参数化设计语言，通过编程实现两个软件的有效结合，充分利用AutoCAD方便的绘图功能来建立ANSYS有限元计算分析模型。本发明根据核电工程管道支架的特点，将手动建模计算中大量的重复操作进行程序化，有效地减少了核电工程设计人员的计算建模时间。本发明原理简单，规则清晰，容易实现从其他三维设计软件自动生成AutoCAD直线，进一步自动生成ANSYS计算分析模型的功能。本发明实现了核电工程管道支架计算模型的快速建立、自动分析和自动后处理功能，极大地提高了核电工程设计人员的工作效率。
附图说明
图1为本发明利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法总体流程图；
图2为本发明具体实施例中利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供的一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，包括如下步骤:
(1)制定AutoCAD图形中直线集合的组织规则，用直线特性表示ANSYS模型信息。充分利用AutoCAD三维直线的颜色、端点、长度等特性来制定组织规则，例如：红色直线表示结构型钢，红色直线端点处的黄色直线表示型钢的型号和截面方向，蓝色直线表示支架根部的约束类型和底板类型、方向，绿色直线表示力荷载的方向和大小，洋红色直线表示扭矩载荷的方向和大小等。以上仅为举例说明，这些组织规则可以由设计人员自行确定，不作为对本发明技术方案的限制。
(2)根据步骤(1)中所制定的规则编制.Net程序，遍历AutoCAD图形的数据库，读取AutoCAD图形中生成ANSYS计算模型所需要的数据信息，检查数据完整性和正确性，如果数据不满足要求则提醒用户修改。
(3)将步骤(2)中所述数据信息按照ANSYS参数化编程语言的格式和管道支架计算要求生成APDL文本命令流。用户按照约定规则在AutoCAD中绘制直线，运行程序所提供的自定义命令，即可生成用于ANSYS计算分析的APDL文本。
(4)在ANSYS中运行步骤(3)所生成的APDL文本命令流，并检查计算结果。用户将生成的用于ANSYS计算分析的APDL文本导入ANSYS软件或复制到ANSYS软件命令输入框运行，自动生成ANSYS计算模型，按照规定的分析类型进行分析并进行后处理，按照要求输出计算结果(如3D模型、应力轴图、等值线云图、数据表等)。
(5)如果计算结果满足规范要求则结束；如果计算结果不满足规范要求，则返回步骤(1)修改AutoCAD图形中直线集合以实现修改计算模型的目的，如改变型钢截面大小、增加支撑等，进而重新执行步骤(2)-步骤(4)的操作，直至计算结果满足要求。
如果用户使用了三维设计软件(如AVEVA PDMS等)来进行管道支架三维模型的设计，只需编制简单的绘制直线程序，在AutoCAD中自动生成根据规则组织的直线集合，即可实现从三维设计软件到AutoCAD再到ANSYS计算分析的自动计算分析过程。
实施例
如图2所示，本实施例提供的一种利用AutoCAD绘制直线来创建支架ANSYS计算分析模型的方法，包括：
(1)制定一套组织规则以区分AutoCAD图形中各条直线的用途，例如：红色直线表示支架结构件(型钢)，黄色直线表示型钢的截面类型和截面方向，蓝色直线表示约束点和约束类型，绿色直线表示力的作用点、方向和大小，洋红色直线表示扭矩的作用点、方向和大小等。
(2)按照上述规则遍历AutoCAD图形数据库并取得建立ANSYS计算分析模型的信息，检查由AutoCAD直线提供的信息是否能满足ANSYS计算分析的要求，如果满足则开始数据转化并输出，如果不满足则提醒用户修改。
(3)将步骤(2)中所述数据信息按照ANSYS参数化编程语言的格式和管道支架计算要求生成APDL文本命令流。该步骤包括：根据核电工程管道支架的计算分析特点设置相关计算参数，如材料的弹性模量、泊松比，单元类型，梁单元的截面类型，壳单元的厚度实常数等信息，并写入到输出文件中；根据AutoCAD图形中所有直线的特征信息逐一生成ANSYS计算分析模型中的关键点、线、面等元素并写入到输出文件中；根据AutoCAD图形中所有直线的特征信息逐一将计算模型中的线、面等单元按照规则进行截面填充，并写入到输出文件中；根据AutoCAD图形中所有直线的特征信息逐一将用户指定的约束和荷载信息添加到ANSYS计算模型中，根据核电工程管道支架的特点设置计算类型和相关计算参数，并写入到输出文件中；根据核电工程管道支架的计算分析特点设置相关后处理和结果输出参数，并写入到输出文件中。
生成APDL文本命令流的具体方法如下：
(3-1)根据核电工程管道支架计算的特点设置计算参数，如材料特性，单元类型，截面数据，实常数等信息按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-2)统计所有直线的起点和终点坐标，按照APDL的格式将所有的端点创建成ANSYS计算模型的关键点。如果一个位置存在两个关键点，则合并成一个关键点；
(3-3)依次将所有表示结构的直线从关键点位置切断成两部分，以保证生成的ANSYS模型中交叉的结构部件能有效连接；
(3-4)依次将表示结构的直线转化为ANSYS中的线，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-5)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板信息的直线逐一生成ANSYS中的关键点、线和面，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-6)根据表示结构部件截面和截面方向的直线信息，逐一对梁单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-7)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板类型的直线信息对构建底板的壳单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-8)根据表示约束、荷载的直线的特征信息将相关约束和荷载信息等按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-9)根据核电工程管道支架计算的特点设置后处理参数信息并按照APDL的格式写入输出文件中，完成AutoCAD图形直线到ANSYS计算的APDL文本的转化。
(4)将生成的APDL文本导入ANSYS软件，即可实现自动建模、计算和结果输出。
(5)如果计算结果不满足要求，只需修改CAD图形中的直线集合，即可实现模型修改，输出APDL文本进行重新计算。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，包括如下步骤:
(1)制定AutoCAD图形中直线集合的组织规则，用直线特性表示ANSYS模型信息；
(2)根据步骤(1)中所制定的规则编制程序，遍历AutoCAD图形的数据库，读取AutoCAD图形中生成ANSYS计算模型所需要的数据信息；
(3)将步骤(2)中所述数据信息按照ANSYS参数化编程语言的格式和管道支架计算要求生成APDL文本命令流；
(4)在ANSYS中运行步骤(3)所生成的APDL文本命令流，并检查计算结果；
(5)如果计算结果满足规范要求则结束；如果计算结果不满足规范要求，则返回步骤(1)修改AutoCAD图形中直线集合，进而重新执行步骤(2)-步骤(4)的操作。
2.如权利要求1所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，其特征在于：步骤(1)中所述的直线特性包括AutoCAD三维直线的颜色、端点、长度特性，所述的ANSYS模型信息包括支架型钢、底板、约束、荷载。
3.如权利要求1所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，其特征在于：步骤(2)中，读取AutoCAD图形中生成ANSYS计算模型所需要的数据信息后，检查数据完整性和正确性，如果数据不满足要求则提醒用户修改。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，其特征在于：步骤(3)中所述的生成APDL文本命令流的方法如下：
(3-1)根据核电工程管道支架计算的特点设置计算参数，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-2)统计所有直线的起点和终点坐标，按照APDL的格式将所有的端点创建成ANSYS计算模型的关键点；如果一个位置存在两个关键点，则合并成一个关键点；
(3-3)依次将所有表示结构的直线从关键点位置切断成两部分，以保证生成的ANSYS模型中交叉的结构部件能有效连接；
(3-4)依次将表示结构的直线转化为ANSYS中的线，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-5)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板信息的直线逐一生成ANSYS中的关键点、线和面，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-6)根据表示结构部件截面和截面方向的直线信息，逐一对梁单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-7)如果计算模型有生根用的底板，则根据表示底板类型的直线信息对构建底板的壳单元进行填充，按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-8)根据表示约束、荷载的直线的特征信息将相关约束和荷载信息按照APDL的格式写入输出文件中；
(3-9)根据核电工程管道支架计算的特点设置后处理参数信息并按照APDL的格式写入输出文件中，完成AutoCAD图形直线到ANSYS计算的APDL文本的转化。
5.如权利要求1所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，其特征在于：步骤(4)中，用户将生成的用于ANSYS计算分析的APDL文本导入ANSYS软件或复制到ANSYS软件命令输入框运行，自动生成ANSYS计算模型，按照规定的分析类型进行分析并进行后处理，按照要求输出计算结果。
6.如权利要求1所述的利用AutoCAD创建支架ANSYS有限元分析模型的方法，其特征在于：如果用户使用了三维设计软件来进行管道支架三维模型的设计，能够通过编制绘制直线程序，在AutoCAD中自动生成根据规则组织的直线集合，然后执行本方法步骤(1)-步骤(5)的操作，实现从三维设计软件到AutoCAD再到ANSYS计算分析的自动计算分析过程。
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