本發(fā)明涉及核電工程管道支架有限元分析建模技術(shù)，具體涉及一種利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法。

背景技術(shù)：

核動(dòng)力工程管道的支架數(shù)量龐大。作為管道支撐，支架需根據(jù)管道的應(yīng)力分析結(jié)果，按照功能和布置情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，絕大部分為非標(biāo)準(zhǔn)形式，因此需對(duì)此類管道支架進(jìn)行剛度和強(qiáng)度計(jì)算，以保證在各種運(yùn)行工況下支架的應(yīng)力不超過規(guī)范規(guī)定的許用應(yīng)力。為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，工程人員采用ansys軟件作為核動(dòng)力工程管道支架的計(jì)算分析工具，但ansys手動(dòng)建模過程復(fù)雜，修改較困難，且支架數(shù)量繁多，形式各異，計(jì)算任務(wù)十分繁重。

核動(dòng)力工程的管道支架是采用標(biāo)準(zhǔn)的型鋼、鋼板設(shè)計(jì)的。同時(shí)支架用鋼材的材料特性、支架計(jì)算分析的分析類型，輸出數(shù)據(jù)要求等都是一致的。因此使用程序自動(dòng)創(chuàng)建ansys計(jì)算分析模型并自動(dòng)計(jì)算輸出結(jié)果成為可能。

在ansys軟件中進(jìn)行手動(dòng)建模時(shí)，不僅需要將支架按照建模要求細(xì)化設(shè)計(jì)，而且需要為每一個(gè)支架設(shè)置所需要的所有信息，因此核動(dòng)力工程管道支架建模計(jì)算的過程十分繁瑣，建模后對(duì)模型的修改和重新計(jì)算也較為困難，對(duì)計(jì)算人員的綜合素質(zhì)要求高，造成支架計(jì)算效率低下，而且也非常容易發(fā)生錯(cuò)誤。因此，目前迫切需要開發(fā)一種能夠簡(jiǎn)化建模過程、提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確性的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，從而最大限度地減少有限元分析支架模型的建模時(shí)間，有效提升核動(dòng)力工程管道支架設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，包括如下步驟:

(1)制定autocad圖形中直線集合的組織規(guī)則，用直線特性表示ansys模型信息；

(2)根據(jù)步驟(1)中所制定的規(guī)則編制程序，遍歷autocad圖形的數(shù)據(jù)庫，讀取autocad圖形中生成ansys計(jì)算模型所需要的數(shù)據(jù)信息；

(3)將步驟(2)中所述數(shù)據(jù)信息按照ansys參數(shù)化編程語言的格式和管道支架計(jì)算要求生成apdl文本命令流；

(4)在ansys中運(yùn)行步驟(3)所生成的apdl文本命令流，并檢查計(jì)算結(jié)果；

(5)如果計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求則結(jié)束；如果計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，則返回步驟(1)修改autocad圖形中直線集合，進(jìn)而重新執(zhí)行步驟(2)-步驟(4)的操作。

進(jìn)一步，如上所述的利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，步驟(1)中所述的直線特性包括autocad三維直線的顏色、端點(diǎn)、長度特性，所述的ansys模型信息包括支架型鋼、底板、約束、荷載。

進(jìn)一步，如上所述的利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，步驟(2)中，讀取autocad圖形中生成ansys計(jì)算模型所需要的數(shù)據(jù)信息后，檢查數(shù)據(jù)完整性和正確性，如果數(shù)據(jù)不滿足要求則提醒用戶修改。

進(jìn)一步，如上所述的利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，步驟(3)中所述的生成apdl文本命令流的方法如下：

(3-1)根據(jù)核電工程管道支架計(jì)算的特點(diǎn)設(shè)置計(jì)算參數(shù)，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-2)統(tǒng)計(jì)所有直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，按照apdl的格式將所有的端點(diǎn)創(chuàng)建成ansys計(jì)算模型的關(guān)鍵點(diǎn)；如果一個(gè)位置存在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，則合并成一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)；

(3-3)依次將所有表示結(jié)構(gòu)的直線從關(guān)鍵點(diǎn)位置切斷成兩部分，以保證生成的ansys模型中交叉的結(jié)構(gòu)部件能有效連接；

(3-4)依次將表示結(jié)構(gòu)的直線轉(zhuǎn)化為ansys中的線，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-5)如果計(jì)算模型有生根用的底板，則根據(jù)表示底板信息的直線逐一生成ansys中的關(guān)鍵點(diǎn)、線和面，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-6)根據(jù)表示結(jié)構(gòu)部件截面和截面方向的直線信息，逐一對(duì)梁?jiǎn)卧M(jìn)行填充，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-7)如果計(jì)算模型有生根用的底板，則根據(jù)表示底板類型的直線信息對(duì)構(gòu)建底板的殼單元進(jìn)行填充，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-8)根據(jù)表示約束、荷載的直線的特征信息將相關(guān)約束和荷載信息按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-9)根據(jù)核電工程管道支架計(jì)算的特點(diǎn)設(shè)置后處理參數(shù)信息并按照apdl的格式寫入輸出文件中，完成autocad圖形直線到ansys計(jì)算的apdl文本的轉(zhuǎn)化。

進(jìn)一步，如上所述的利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，步驟(4)中，用戶將生成的用于ansys計(jì)算分析的apdl文本導(dǎo)入ansys軟件或復(fù)制到ansys軟件命令輸入框運(yùn)行，自動(dòng)生成ansys計(jì)算模型，按照規(guī)定的分析類型進(jìn)行分析并進(jìn)行后處理，按照要求輸出計(jì)算結(jié)果。

進(jìn)一步，如上所述的利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，如果用戶使用了三維設(shè)計(jì)軟件來進(jìn)行管道支架三維模型的設(shè)計(jì)，能夠通過編制繪制直線程序，在autocad中自動(dòng)生成根據(jù)規(guī)則組織的直線集合，然后執(zhí)行本方法步驟(1)-步驟(5)的操作，實(shí)現(xiàn)從三維設(shè)計(jì)軟件到autocad再到ansys計(jì)算分析的自動(dòng)計(jì)算分析過程。

本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明提供的利用autocad繪制直線來創(chuàng)建支架ansys計(jì)算分析模型的方法，利用autocad的.net開發(fā)接口和ansys提供的apdl參數(shù)化設(shè)計(jì)語言，通過編程實(shí)現(xiàn)兩個(gè)軟件的有效結(jié)合，充分利用autocad方便的繪圖功能來建立ansys有限元計(jì)算分析模型。本發(fā)明根據(jù)核電工程管道支架的特點(diǎn)，將手動(dòng)建模計(jì)算中大量的重復(fù)操作進(jìn)行程序化，有效地減少了核電工程設(shè)計(jì)人員的計(jì)算建模時(shí)間。本發(fā)明原理簡(jiǎn)單，規(guī)則清晰，容易實(shí)現(xiàn)從其他三維設(shè)計(jì)軟件自動(dòng)生成autocad直線，進(jìn)一步自動(dòng)生成ansys計(jì)算分析模型的功能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了核電工程管道支架計(jì)算模型的快速建立、自動(dòng)分析和自動(dòng)后處理功能，極大地提高了核電工程設(shè)計(jì)人員的工作效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法總體流程圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例中利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種利用autocad創(chuàng)建支架ansys有限元分析模型的方法，包括如下步驟:

(1)制定autocad圖形中直線集合的組織規(guī)則，用直線特性表示ansys模型信息。充分利用autocad三維直線的顏色、端點(diǎn)、長度等特性來制定組織規(guī)則，例如：紅色直線表示結(jié)構(gòu)型鋼，紅色直線端點(diǎn)處的黃色直線表示型鋼的型號(hào)和截面方向，藍(lán)色直線表示支架根部的約束類型和底板類型、方向，綠色直線表示力荷載的方向和大小，洋紅色直線表示扭矩載荷的方向和大小等。以上僅為舉例說明，這些組織規(guī)則可以由設(shè)計(jì)人員自行確定，不作為對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制。

(2)根據(jù)步驟(1)中所制定的規(guī)則編制.net程序，遍歷autocad圖形的數(shù)據(jù)庫，讀取autocad圖形中生成ansys計(jì)算模型所需要的數(shù)據(jù)信息，檢查數(shù)據(jù)完整性和正確性，如果數(shù)據(jù)不滿足要求則提醒用戶修改。

(3)將步驟(2)中所述數(shù)據(jù)信息按照ansys參數(shù)化編程語言的格式和管道支架計(jì)算要求生成apdl文本命令流。用戶按照約定規(guī)則在autocad中繪制直線，運(yùn)行程序所提供的自定義命令，即可生成用于ansys計(jì)算分析的apdl文本。

(4)在ansys中運(yùn)行步驟(3)所生成的apdl文本命令流，并檢查計(jì)算結(jié)果。用戶將生成的用于ansys計(jì)算分析的apdl文本導(dǎo)入ansys軟件或復(fù)制到ansys軟件命令輸入框運(yùn)行，自動(dòng)生成ansys計(jì)算模型，按照規(guī)定的分析類型進(jìn)行分析并進(jìn)行后處理，按照要求輸出計(jì)算結(jié)果(如3d模型、應(yīng)力軸圖、等值線云圖、數(shù)據(jù)表等)。

(5)如果計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求則結(jié)束；如果計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，則返回步驟(1)修改autocad圖形中直線集合以實(shí)現(xiàn)修改計(jì)算模型的目的，如改變型鋼截面大小、增加支撐等，進(jìn)而重新執(zhí)行步驟(2)-步驟(4)的操作，直至計(jì)算結(jié)果滿足要求。

如果用戶使用了三維設(shè)計(jì)軟件(如avevapdms等)來進(jìn)行管道支架三維模型的設(shè)計(jì)，只需編制簡(jiǎn)單的繪制直線程序，在autocad中自動(dòng)生成根據(jù)規(guī)則組織的直線集合，即可實(shí)現(xiàn)從三維設(shè)計(jì)軟件到autocad再到ansys計(jì)算分析的自動(dòng)計(jì)算分析過程。

實(shí)施例

如圖2所示，本實(shí)施例提供的一種利用autocad繪制直線來創(chuàng)建支架ansys計(jì)算分析模型的方法，包括：

(1)制定一套組織規(guī)則以區(qū)分autocad圖形中各條直線的用途，例如：紅色直線表示支架結(jié)構(gòu)件(型鋼)，黃色直線表示型鋼的截面類型和截面方向，藍(lán)色直線表示約束點(diǎn)和約束類型，綠色直線表示力的作用點(diǎn)、方向和大小，洋紅色直線表示扭矩的作用點(diǎn)、方向和大小等。

(2)按照上述規(guī)則遍歷autocad圖形數(shù)據(jù)庫并取得建立ansys計(jì)算分析模型的信息，檢查由autocad直線提供的信息是否能滿足ansys計(jì)算分析的要求，如果滿足則開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化并輸出，如果不滿足則提醒用戶修改。

(3)將步驟(2)中所述數(shù)據(jù)信息按照ansys參數(shù)化編程語言的格式和管道支架計(jì)算要求生成apdl文本命令流。該步驟包括：根據(jù)核電工程管道支架的計(jì)算分析特點(diǎn)設(shè)置相關(guān)計(jì)算參數(shù)，如材料的彈性模量、泊松比，單元類型，梁?jiǎn)卧慕孛骖愋?，殼單元的厚度?shí)常數(shù)等信息，并寫入到輸出文件中；根據(jù)autocad圖形中所有直線的特征信息逐一生成ansys計(jì)算分析模型中的關(guān)鍵點(diǎn)、線、面等元素并寫入到輸出文件中；根據(jù)autocad圖形中所有直線的特征信息逐一將計(jì)算模型中的線、面等單元按照規(guī)則進(jìn)行截面填充，并寫入到輸出文件中；根據(jù)autocad圖形中所有直線的特征信息逐一將用戶指定的約束和荷載信息添加到ansys計(jì)算模型中，根據(jù)核電工程管道支架的特點(diǎn)設(shè)置計(jì)算類型和相關(guān)計(jì)算參數(shù)，并寫入到輸出文件中；根據(jù)核電工程管道支架的計(jì)算分析特點(diǎn)設(shè)置相關(guān)后處理和結(jié)果輸出參數(shù)，并寫入到輸出文件中。

生成apdl文本命令流的具體方法如下：

(3-1)根據(jù)核電工程管道支架計(jì)算的特點(diǎn)設(shè)置計(jì)算參數(shù)，如材料特性，單元類型，截面數(shù)據(jù)，實(shí)常數(shù)等信息按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-2)統(tǒng)計(jì)所有直線的起點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)，按照apdl的格式將所有的端點(diǎn)創(chuàng)建成ansys計(jì)算模型的關(guān)鍵點(diǎn)。如果一個(gè)位置存在兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，則合并成一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)；

(3-3)依次將所有表示結(jié)構(gòu)的直線從關(guān)鍵點(diǎn)位置切斷成兩部分，以保證生成的ansys模型中交叉的結(jié)構(gòu)部件能有效連接；

(3-4)依次將表示結(jié)構(gòu)的直線轉(zhuǎn)化為ansys中的線，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-5)如果計(jì)算模型有生根用的底板，則根據(jù)表示底板信息的直線逐一生成ansys中的關(guān)鍵點(diǎn)、線和面，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-6)根據(jù)表示結(jié)構(gòu)部件截面和截面方向的直線信息，逐一對(duì)梁?jiǎn)卧M(jìn)行填充，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-7)如果計(jì)算模型有生根用的底板，則根據(jù)表示底板類型的直線信息對(duì)構(gòu)建底板的殼單元進(jìn)行填充，按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-8)根據(jù)表示約束、荷載的直線的特征信息將相關(guān)約束和荷載信息等按照apdl的格式寫入輸出文件中；

(3-9)根據(jù)核電工程管道支架計(jì)算的特點(diǎn)設(shè)置后處理參數(shù)信息并按照apdl的格式寫入輸出文件中，完成autocad圖形直線到ansys計(jì)算的apdl文本的轉(zhuǎn)化。

(4)將生成的apdl文本導(dǎo)入ansys軟件，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模、計(jì)算和結(jié)果輸出。

(5)如果計(jì)算結(jié)果不滿足要求，只需修改cad圖形中的直線集合，即可實(shí)現(xiàn)模型修改，輸出apdl文本進(jìn)行重新計(jì)算。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。