[发明专利]基于APDL语言用于机床等效结合面快速定义的方法

说明书

本发明公开了一种基于APDL语言用于机床等效结合面快速定义的方法，包括：装配体两面接触的充要条件论证；装配体拓扑关系建模与存储；利用C#语言实现的APDL指令通信模块；典型机床等效面建立方法。本发明实现了在经典ANSYS分析中对机床结合面的识别和快速定义，和以往仿真分析中以来人工建立结合面相比，算法在保证准确性的前提下，提高了等效结合面建模速度，从而提高了仿真分析的效率。

技术领域

本发明属于基于ANSYS的机床动静热仿真分析技术，特别是一种基于APDL指令用于机床等效结合面快速定义的方法。

背景技术

机床乃至各类机械，为了满足各种功能、性能和加工要求以及运输上的方便，一般都不是一个连续的整体，而是由各种零件按照一定具体要求组合起来的。结合面是指零件、组件、部件之间相互接触的表面，也称接触面。

通常关于结合面问题的研究，主要围绕着四个方面：结合面基础理论研究、结合面特性试验研究、结合面动态特性参数识别研究和结合面应用技术研究。结合面的理论研究最终目的是为工程应用服务，具体表现为考虑结合面特性的机械结构仿真分析方法。许多学者通过建模和试验论证建立众多关于结合面特性解析模型，但是在有限元分析中，一般很难直接应用解析模型求解，需要建立相应的等效模型。

建立等效结合面首先需要确定装配体的接触面，在一般的机械结构中，“接触”顾名思义只有在几何体表面有重合部分，存在相互作用力，接触的情况多种多样，接触面的拾取和定义复杂多变。事实上，在ANSYS的Workbench中当一个装配体的模型被导入的时候，接触关系已经自动的探测，点击Connections—Contacts—Contact Region，ANSYS可以自动高亮显示出接触区域。

虽然Workbench极大得提高了有限元分析的便利性，但它也并不是适用于任何情况，如参数化设计，通过调整参数，从而进行结构优化，需要对上百组参数进行分析，如果完全通过手动完成，其工作量不可想象；对于复杂的结构分析或者多场耦合分析，不但需要扎实的有限元知识，熟知分析对象的理论依据，对ANSYS掌握的要求也很高，通常会对分析流程方法进行研究，开发出具有专用性的分析工具，减少设计人员的学习成本。

大量学者论证了考虑等效结合面建模的有限元分析的有效性，但是经典ANSYS中是通过接触定义向导定义接触,定义和拾取面的过程很是繁琐，都很大程度上限制了它的应用。因此研究并设计一种基于APDL语言用于机床等效结合面快速定义的方法十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ANSYS中APDL指令实现的机床等效结合面快速建模方法，以往经典ANSYS中接触面需要人工选取，该方法可以对常见机床装配体中的接触面进行快速识别，从而方便快速建立等效结合面，提高仿真分析的效率。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于APDL语言用于机床等效结合面快速定义的方法，其特征在于如下步骤：

步骤1：利用APDL语言获取ANSYS中机床分析对象拓扑关系信息，包括点、线、面、体及其拓扑关系，采用邻接表来存储装配体有向图；

步骤2：对步骤1获取的拓扑信息，任取装配体中不同部件的两平面，采用空间内凸平面接触判据判断两平面是否接触；

步骤3：对步骤1获取的拓扑信息，任取装配体中不同部件的两圆柱面，采用空间内圆柱面接触判据判断两圆柱面是否接触；

步骤4：根据步骤2和3得到的装配体接触面信息，使用APDL语言进行等效结合面定义，步骤为：材料属性定义——单元类型定义——建立硬点——定义结合面参数——划分网格——连接对应节点。

本发明与现有技术相比，其显著优点：经典ANSYS中是通过接触定义向导定义接触，定义和拾取面的过程很是繁琐，都很大程度上限制了它的应用。本发明和以往仿真分析中以来人工建立结合面相比，在保证准确性的前提下，提高了等效结合面建模速度，从而提高了仿真分析的效率。