一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法，包括如下步驟：（1）劃分部件模塊并提取尺寸、材料、截面以及結(jié)構(gòu)特征，用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b，創(chuàng)建各種類；（2）獲取臂架結(jié)構(gòu)建模數(shù)據(jù)，創(chuàng)建材料對象、型鋼截面對象以及部件對象；（3）獲取臂架型式數(shù)據(jù)，形成起重機(jī)臂架系統(tǒng)并保存參數(shù)到數(shù)據(jù)庫；（4）將臂架型式數(shù)據(jù)輸入到有限元分析模塊，生成臂架系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算并輸出分析結(jié)果；（5）根據(jù)用戶需求提取所需要結(jié)果數(shù)據(jù)，輸出列表、圖形或動(dòng)畫等結(jié)果數(shù)據(jù)到分析報(bào)告文件；（6）結(jié)束并釋放空間。本發(fā)明具有強(qiáng)大的基于面向?qū)ο蠼Ｄ芰?，具有完備的?shù)據(jù)檢查功能，以及具有良好的兼容性和移植性。<b />
【專利說明】 一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于起重機(jī)領(lǐng)域，涉及一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法。【背景技術(shù)】
[0002]國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的迫切需求，推動(dòng)了我國起重機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。臂架結(jié)構(gòu)憑其機(jī)動(dòng)、靈活、輕便等特點(diǎn)，被應(yīng)用于塔式起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、輪式起重機(jī)等臂架起重機(jī)，廣泛適用于工礦企業(yè)、建筑工地、港口碼頭、油田、倉庫、貨場、車站及市內(nèi)起重安裝等起重作業(yè)及吊裝工作。
[0003]我國的起重機(jī)制造業(yè)從20世紀(jì)50年代起，起重機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了從前蘇聯(lián)引進(jìn)的、仿制歐美產(chǎn)品到自主創(chuàng)新發(fā)展等階段。雖然我國的臂架式起重機(jī)產(chǎn)品的噸位已經(jīng)發(fā)展到千噸級，居于世界起重機(jī)技術(shù)的前列，但是我國的大噸位起重機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)自重大，設(shè)計(jì)理論偏于保守，且起重噸位的型譜還不完善。隨著超大噸位起重機(jī)技術(shù)的攻克和國民生產(chǎn)生活的多樣化需求，我國起重機(jī)技術(shù)的發(fā)展必然向著功能多樣化、型式多樣化發(fā)展。
[0004]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，應(yīng)用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)已成為與實(shí)驗(yàn)同樣重要的實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新、驗(yàn)證結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基本研究手段。綜合應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真試驗(yàn)和分析技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對起重機(jī)臂架設(shè)計(jì)方案的全面試驗(yàn)和分析，定量的研究各種因素對臂架結(jié)構(gòu)的影響，找出其中的關(guān)聯(lián)規(guī)律，為起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)和制造提供指導(dǎo)意見，提高臂架設(shè)計(jì)效率和使用安全，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。因此，有限元建模的質(zhì)量和效率是一個(gè)非常重要的方面。
[0005]目前，在起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)分析中，參數(shù)化建模技術(shù)在起重機(jī)臂架的設(shè)計(jì)研究中已經(jīng)得到部分應(yīng)用。但是參數(shù)化建模技術(shù)只能針對某一特定結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化，不能方便地應(yīng)用到系列化臂架的開發(fā)設(shè)計(jì)中，且參數(shù)建模技術(shù)對二次開發(fā)平臺的依賴性大。在計(jì)算機(jī)建模領(lǐng)域還沒有針對起重機(jī)臂架的通用建模方法。起重機(jī)臂架、塔身等桁架結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和仿真分析通過人工建模方式，通用性差，隨意性很大，效率很低，起重機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展急需解決這一仿真設(shè)計(jì)方面的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法，并基于這個(gè)方法提出臂架系統(tǒng)的建模、分析、優(yōu)化的批量自動(dòng)生成和擴(kuò)展機(jī)制。使用本發(fā)明方法建立桁架式臂架系統(tǒng)，可以使得臂架系統(tǒng)中的各種組成部分具有較高的可重用性，使臂架模型具有模塊化、通用化的特征，從而有利于快速構(gòu)建新的臂架系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)起重機(jī)臂架系統(tǒng)從單一模型到批量建模的發(fā)展。
[0007]本發(fā)明具體公開了一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法，包括如下步驟:
(I)將起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)按照裝配特征和工作關(guān)系劃分部件模塊并提取尺寸、材料、截面以及結(jié)構(gòu)特征，用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b，創(chuàng)建起重機(jī)臂架需要用到的材料類和型鋼截面類，按照結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建部件類，根據(jù)臂架特征類創(chuàng)建臂架類；
(2)獲取臂架結(jié)構(gòu)建模數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的建模數(shù)據(jù)創(chuàng)建材料對象、型鋼截面對象以及部件對象；
(3)獲取臂架型式數(shù)據(jù)，根據(jù)臂架型式數(shù)據(jù)裝配形成起重機(jī)臂架系統(tǒng)并保存參數(shù)到數(shù)據(jù)庫；
(4)將步驟(3)輸出的臂架型式數(shù)據(jù)輸入到有限元分析模塊，生成臂架系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算并輸出分析結(jié)果；
(5)根據(jù)用戶需求提取所需要結(jié)果數(shù)據(jù)，輸出列表、圖形或動(dòng)畫等結(jié)果數(shù)據(jù)到分析報(bào)告文件；
(6)結(jié)束并釋放空間。
[0008]其中，所述步驟(4)中包括建模操作、劃分網(wǎng)格操作、分析求解以及結(jié)果處理操作。所述的建模操作按輸入的臂架型式數(shù)據(jù)建立臂架模塊對象，并裝配和顯示臂架系統(tǒng)幾何模型；所述的劃分網(wǎng)格操作對已建立的臂架幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型；所述的分析求解以及結(jié)果處理操作對已建立的臂架有限元網(wǎng)格模型加載邊界條件，確定臂架約束形式和載荷位置與大小，并利用自主有限元分析模塊完成分析并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫。
[0009]其中，利用自主有限元分析模塊完成分析并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫后，還可以連接到其他有限元分析平臺的求解器完成計(jì)算并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫。
[0010]其中，部件類含有拉桿和臂節(jié)等部件的全部特征，包含節(jié)點(diǎn)類、單元類以及材料編號和型鋼截面編號等內(nèi)容；用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b成臂架類，臂架類包含對部件類的引用和部件之間的裝配方法。
[0011]進(jìn)一步，材料類包含有臂架結(jié)構(gòu)所用材料的特征參數(shù)；型鋼截面類包含有臂架所用型鋼的截面參數(shù)；節(jié)點(diǎn)類只含有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分量；單元類含有組成單元的基本參數(shù)。型鋼截面類還含有可以通過基本參數(shù)計(jì)算截面面積、抗彎模量的方法。單元類還含有計(jì)算單元體積、單元質(zhì)量等導(dǎo)出參數(shù)的方法。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
(I)強(qiáng)大的基于面向?qū)ο蠼Ｄ芰?。通過對各種起重機(jī)臂架的結(jié)構(gòu)相似性分析，提煉出它們的各種特征，建立相應(yīng)的類模塊來存儲這些數(shù)據(jù)，具有模塊化、通用化的特征。
[0013](2)完備的數(shù)據(jù)檢查功能，利用類的成員函數(shù)增強(qiáng)了數(shù)據(jù)差錯(cuò)能力，在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)可以進(jìn)行相應(yīng)的提示，有助于操作者判斷其操作的正確性，防止由于數(shù)據(jù)輸入的錯(cuò)誤導(dǎo)致建模分析失敗，確保向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0014](3)良好的兼容性和移植性，使用任何一種具有面向?qū)ο蟮木幊陶Z言都可以實(shí)現(xiàn)本建模方法的功能。既可以通過自主編程實(shí)現(xiàn)有限元分析功能，也可以通過對應(yīng)的有限元分析平臺(例如:ANSYS、ABQUSE等)，不管是基于何種操作系統(tǒng)環(huán)境(例如:Unix、Windows、Mac等)，都可以很好地運(yùn)行本方法。本方法形成的對象數(shù)據(jù)文檔和模型文件，可以完全實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)交換和編輯。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1:本發(fā)明基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法的類模塊結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；圖2:本發(fā)明基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，以履帶式起重機(jī)臂架為例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0017]圖1示出了桁架式臂架系統(tǒng)類模塊的機(jī)構(gòu)關(guān)系圖，臂架類是頂層的類，包含模型的全部內(nèi)容，包括部件類；部件類又可進(jìn)一步包括構(gòu)成部件的材料、截面、節(jié)點(diǎn)和單元，材料類、型鋼截面類、單元類和節(jié)點(diǎn)類是底層的類，組成其他部分。具體而言，材料類包含有臂架結(jié)構(gòu)所用材料的特征參數(shù)，如材料名稱、密度、彈性模量等；型鋼截面類包含有臂架所用型鋼的截面參數(shù)，如截面名稱、截面尺寸等基本參數(shù)，還含有可以通過基本參數(shù)計(jì)算截面面積、抗彎模量等參數(shù)的方法；節(jié)點(diǎn)類只含有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分量；單元類含有組成單元的節(jié)點(diǎn)編號、所用材料的編號、截面編號以及單元長度等基本參數(shù)，還含有計(jì)算單元體積、單元質(zhì)量等導(dǎo)出參數(shù)的方法；部件類中含有組成部件的節(jié)點(diǎn)、單元等參數(shù)，還含有實(shí)現(xiàn)部件旋轉(zhuǎn)、平移等動(dòng)作的方法；臂架類中含有組成臂架的部件組合和把部件裝配成臂架的方法。
[0018]參閱圖2，圖中示出了本發(fā)明的基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法，具體建模方法包括以下步驟:
(1)按照圖1所示，將履帶式起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)按照裝配特征和工作關(guān)系劃分部件模塊并提取尺寸、材料、截面以及結(jié)構(gòu)特征，用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b，創(chuàng)建履帶式起重機(jī)臂架需要用到的材料類和型鋼截面類；按照結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建部件類，部件類含有拉桿和臂節(jié)等部件的全部特征，包含節(jié)點(diǎn)類、單元類以及材料編號和型鋼截面編號等內(nèi)容；用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b成臂架類，臂架類包含對部件類的引用和部件之間的裝配方法；
(2)獲取臂架結(jié)構(gòu)建模數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的建模數(shù)據(jù)創(chuàng)建材料對象、型鋼截面對象以及部件對象，然后進(jìn)入步驟(3);
(3)獲取臂架型式數(shù)據(jù)，根據(jù)臂架型式數(shù)據(jù)裝配形成起重機(jī)臂架系統(tǒng)并保存參數(shù)到數(shù)據(jù)庫；
(4)將步驟(3)輸出的臂架型式數(shù)據(jù)輸入到有限元分析模塊，生成臂架系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算并輸出分析結(jié)果，包括建模操作、劃分網(wǎng)格操作、分析求解以及結(jié)果處理操作。其中所述的建模操作按輸入的臂架型式數(shù)據(jù)建立臂架模塊對象，并裝配和顯示臂架系統(tǒng)幾何模型；所述的劃分網(wǎng)格操作對已建立的臂架幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型；所述的分析處理操作對已建立的臂架有限元網(wǎng)格模型加載邊界條件，確定臂架約束形式和載荷位置與大小，并利用自主有限元分析模塊完成分析并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫，或者連接到其他有限元分析平臺的求解器完成計(jì)算并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫；
(5)根據(jù)用戶需求提取所需要結(jié)果數(shù)據(jù)，輸出列表、圖形或動(dòng)畫等結(jié)果數(shù)據(jù)到分析報(bào)告文件；
(6)結(jié)束并釋放空間。
[0019]以上實(shí)施實(shí)例僅是說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇。
【權(quán)利要求】
1.一種基于面向?qū)ο蟮钠鹬貦C(jī)臂架計(jì)算機(jī)建模方法，包括如下步驟: (1)將起重機(jī)臂架結(jié)構(gòu)按照裝配特征和工作關(guān)系劃分部件模塊并提取尺寸、材料、截面以及結(jié)構(gòu)特征，用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b，創(chuàng)建起重機(jī)臂架需要用到的材料類和型鋼截面類，按照結(jié)構(gòu)特征創(chuàng)建部件類，根據(jù)臂架特征創(chuàng)建臂架類； (2)獲取臂架結(jié)構(gòu)建模數(shù)據(jù)，根據(jù)輸入的建模數(shù)據(jù)創(chuàng)建材料對象、型鋼截面對象以及部件對象； (3)獲取臂架型式數(shù)據(jù)，根據(jù)臂架型式數(shù)據(jù)裝配形成起重機(jī)臂架系統(tǒng)并保存參數(shù)到數(shù)據(jù)庫； (4)將步驟(3)輸出的臂架型式數(shù)據(jù)輸入到有限元分析模塊，生成臂架系統(tǒng)的有限元模型進(jìn)行分析計(jì)算并輸出分析結(jié)果； (5)根據(jù)用戶需求提取所需要結(jié)果數(shù)據(jù)，輸出列表、圖形或動(dòng)畫等結(jié)果數(shù)據(jù)到分析報(bào)告文件； (6)結(jié)束并釋放空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:所述步驟(4)中包括建模操作、劃分網(wǎng)格操作、分析求解以及結(jié)果處理操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:所述的建模操作按輸入的臂架型式數(shù)據(jù)建立臂架模塊對象，并裝配和顯示臂架系統(tǒng)幾何模型；所述的劃分網(wǎng)格操作對已建立的臂架幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立有限元網(wǎng)格模型；所述的分析求解以及結(jié)果處理操作對已建立的臂架有限元網(wǎng)格模型加載邊界條件，確定臂架約束形式和載荷位置與大小，并利用自主有限元分析模塊完成分析并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:利用自主有限元分析模塊完成分析并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫后，還可以連接到其他有限元分析平臺的求解器完成計(jì)算并輸出分析結(jié)果到數(shù)據(jù)庫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:部件類含有拉桿和臂節(jié)等部件的全部特征，包含節(jié)點(diǎn)類、單元類以及材料編號和型鋼截面編號等內(nèi)容；用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ庋b成臂架類，臂架類包含對部件類的引用和部件之間的裝配方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:材料類包含有臂架結(jié)構(gòu)所用材料的特征參數(shù)；型鋼截面類包含有臂架所用型鋼的截面參數(shù)；節(jié)點(diǎn)類只含有節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分量；單元類含有組成單元的基本參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:型鋼截面類還含有可以通過基本參數(shù)計(jì)算截面面積、抗彎模量的方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的計(jì)算機(jī)建模方法，其特征在于:單元類還含有計(jì)算單元體積、單元質(zhì)量等導(dǎo)出參數(shù)的方法。
【文檔編號】G06F17/50GK103745059SQ201410015586
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】秦義校, 王同尊, 李欣, 楊明, 崔華盛, 謝文濤, 鮑鱔勝, 劉營營 申請人:太原科技大學(xué)