【摘 要】在我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，機(jī)械產(chǎn)業(yè)的快速崛起對(duì)于我國(guó)的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。不光是機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，在其他很多領(lǐng)域?qū)τ跈C(jī)械生產(chǎn)上的要求也是越來(lái)越多。比如水利建設(shè)中使用水閘可視化設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)來(lái)輔助水利工程進(jìn)行管理。在此之中關(guān)于ANSYS的有限元使用的作用就顯現(xiàn)出來(lái)了。在一些水閘的管理中，有限元方法有著獨(dú)特的工作優(yōu)勢(shì)，這一產(chǎn)品在未來(lái)的前景也是十分廣泛。在本文中我們就對(duì)基于ANSYS的有限元方法在水閘可視化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的概念進(jìn)行分析和介紹。 

　　【關(guān)鍵詞】ANSYS；水閘可視化；有限元 

　　現(xiàn)今，社會(huì)科技的發(fā)展離不了機(jī)械技術(shù)的強(qiáng)有力的支持，如何又快又好的使用機(jī)械設(shè)備，使得這些大型的機(jī)械設(shè)備能發(fā)揮出最大的功效，是作為一名技術(shù)人員一直追求要完成的任務(wù)。我們發(fā)現(xiàn)，在創(chuàng)造了水閘可視化技術(shù)后，很多機(jī)械中的人力無(wú)法完成的任務(wù)，通過(guò)這一新興技術(shù)就可以很好的解決。下面我們就基于ANSYS的有限元的水閘可視化系統(tǒng)進(jìn)行分析、討論。 

　　1 基于ANSYS的水閘可視化系統(tǒng)作用 

　　有限元方法在機(jī)械使用中大多作為一種檢測(cè)工作，在機(jī)械出現(xiàn)小故障時(shí)，該技術(shù)使用的較為普遍，它可以將機(jī)械系統(tǒng)中的小構(gòu)件聯(lián)接在一起，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械體系的完整性。增強(qiáng)了機(jī)械整體的剛度，控制了構(gòu)件于構(gòu)件之間的緊密性，使得機(jī)械在使用中的效率更高。在這里我們所說(shuō)的有限元方法是采用可視化的方式進(jìn)行工作的，它是結(jié)合了視覺(jué)觀察的思想概念，結(jié)合了可視化裝置和輔助指導(dǎo)裝置進(jìn)行的水閘的控制工作。這里談到了可視化裝置是由四個(gè)顯示屏分為兩組，做交替的監(jiān)控循環(huán)，這些元件在監(jiān)控的操作下，不斷的完成動(dòng)力控制的功能，最終促使輔助指導(dǎo)裝置運(yùn)行。 

　　用ANSYS進(jìn)行閘室結(jié)構(gòu)分析需要?jiǎng)?chuàng)建有限元模型（創(chuàng)建幾何模型，劃分網(wǎng)格）、施加荷載并求解、查看結(jié)果建三個(gè)步驟進(jìn)行。采用ANSYS中的求解器和細(xì)部分解后處理器。通過(guò)表示模型顯示閘室結(jié)構(gòu)，分析幾何模型，同時(shí)將資料以*.db文件的形式保存在ANSYS核心數(shù)據(jù)庫(kù)中，并通過(guò)閘室結(jié)構(gòu)分析表示模型顯示其應(yīng)力及變形情況，這些可在ANSYS的后處理部分實(shí)現(xiàn)。ANSYS和材料力學(xué)方法盡管在上下游側(cè)計(jì)算結(jié)果有所不同：上游側(cè)材料力學(xué)方法比ANSYS計(jì)算的應(yīng)力值大，而在下游側(cè)材料力學(xué)方法比ANSYS計(jì)算的應(yīng)力值小，但相差不大，最大誤差百分比為5%，在誤差的范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)很大幅度的波動(dòng)。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)使用的過(guò)程中，上下游閘門(mén)出的材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型構(gòu)建出的力矩值都會(huì)比使用ANSYS計(jì)算的應(yīng)力值大， 最大誤差百分比13%，而在閘門(mén)中部會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)現(xiàn)象，但是出現(xiàn)的波動(dòng)不會(huì)太大，我們常常可以忽略不計(jì)。通過(guò)這樣大量的數(shù)學(xué)計(jì)算可以看出，對(duì)于閘墩底部應(yīng)力，將閘墩從閘室分離出來(lái)，按照平面的材料力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算，引起的誤差不大，使用可視化設(shè)計(jì)的水閘系統(tǒng)的可靠性非常的高。 

　　2 水閘可視化基于ANSYS的有限元方法分析 

　　以目前國(guó)內(nèi)的水利機(jī)械使用情況來(lái)看，對(duì)于有限元方法的使用存在著很大的漏洞，最主要的原因就是可視化模型在使用中出現(xiàn)損壞的情況較為嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)技術(shù)分析，得出造成損壞的最主要的原因還是模型在受力上的影響。過(guò)去設(shè)計(jì)可視化都是處于經(jīng)驗(yàn)方面的總結(jié)，很難在細(xì)節(jié)上有很大的創(chuàng)新，往往在一些重點(diǎn)的可控部位沒(méi)有設(shè)置合理的材料進(jìn)行監(jiān)控和管理。當(dāng)引進(jìn)了基于ANSYS的有限元方法后，我們可以通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件改變?cè)O(shè)計(jì)中出現(xiàn)的缺陷。 

　　2.1 使用ANSYS的有限元軟件分析閘門(mén)受力情況 

　　在有限元方法的使用中，模型主要受到來(lái)自彎扭方面的應(yīng)力，而不是常常認(rèn)為的軸向受力。通過(guò)有限元軟件可以計(jì)算出模型在受彎扭變形時(shí)的應(yīng)力變化，根據(jù)這些應(yīng)力變化數(shù)據(jù)我們可以在閘門(mén)設(shè)計(jì)出具體部位使用材料的指導(dǎo)書(shū)。適當(dāng)?shù)募哟竽Ｐ偷捏w積，就可以很好的降低有限元方法的輸出扭轉(zhuǎn)率。通過(guò)改變有限元方法的結(jié)構(gòu)設(shè)置，可以起到很好的質(zhì)量比重，這些對(duì)于閘門(mén)系統(tǒng)的長(zhǎng)期使用和增加使用壽命都有很大的幫助。 

　　我們以某市的排澇閘門(mén)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明： 

　　在根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃�文情況，結(jié)合地質(zhì)信息，考慮到閘門(mén)設(shè)計(jì)前的滲流情況，在可視化系統(tǒng)的完善中，取得地下水位-2.5m，將設(shè)計(jì)空洞變成四孔閘門(mén)，通過(guò)有限元軟件的計(jì)算，得到閘門(mén)受力部位的荷載圖。見(jiàn)表1。 

　　表1 上部荷載列表 

　　從外河側(cè)到內(nèi)河側(cè)，取0.2，0.4，0.6，0.8閘身長(zhǎng)的截面，按彈性地基梁計(jì)算底板內(nèi)力。外河側(cè)彎矩取0.2截面彎矩值，內(nèi)河側(cè)彎矩取其余三個(gè)截面絕對(duì)值較大的彎矩值。對(duì)穩(wěn)定計(jì)算荷載加上荷載系數(shù)后，重新進(jìn)行控制工況穩(wěn)定計(jì)算，這樣求得的地基反力用來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力，最后進(jìn)行配筋計(jì)算。為安全起見(jiàn)，將完建工況也列入彈地基性梁的計(jì)算，求彎矩包絡(luò)。 

　　表2 彎矩包絡(luò) 

　　通過(guò)在包絡(luò)圖的指導(dǎo)下，建立有效的可視化系統(tǒng)，形成更好的工程實(shí)例方案。 

　　2.2 詳解使用有限元分析下的閘門(mén)可視化系統(tǒng) 

　　基于ANSYS的有限元的分析軟件，旨在將構(gòu)件劃分為多個(gè)單元，對(duì)于復(fù)雜的構(gòu)件變?yōu)槎鄠�(gè)不同單元，可以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，還能夠?qū)��?gòu)件的使用性能更加的了解。將有限元方法的整體結(jié)構(gòu)細(xì)化為12個(gè)獨(dú)立的單元體，每個(gè)單元體處于不同的區(qū)域之內(nèi)，在受力的情況下，記錄下每個(gè)構(gòu)件的承載情況，建立起合適的數(shù)學(xué)模型。 

　　3 水閘可視化系統(tǒng)的具體操作 

　　利用ANSYS的有限元是基于構(gòu)造物的幾何形狀進(jìn)行衍生出來(lái)的，它可以是采用自上部結(jié)構(gòu)而往下下（直接生成體或面）或自下部結(jié)構(gòu)而往上（依次生成點(diǎn)、線、面、體），然后再對(duì)該實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格，這樣的好處是不怕破壞構(gòu)造物的整體框架，又可以在最簡(jiǎn)短的時(shí)間內(nèi)建立水閘系統(tǒng)最本質(zhì)的三維圖形。 

　　在實(shí)際的水閘設(shè)計(jì)案例中我們對(duì)水閘基礎(chǔ)做出相應(yīng)的介紹。其閘室的類型多為一孔一聯(lián)的模式，對(duì)于計(jì)算過(guò)程中，為了更加的簡(jiǎn)單，不設(shè)置鋪蓋，在對(duì)于滲流的計(jì)算中采用插值法，可視化的計(jì)算略去了閘門(mén)頂部的重量，直接以閘門(mén)槽中減少的面積作為運(yùn)算數(shù)據(jù)，沒(méi)有地震方面的荷載值，設(shè)計(jì)過(guò)程中模擬閘門(mén)運(yùn)行的狀態(tài)，考慮到設(shè)計(jì)水位的變化，閘門(mén)同時(shí)受到上下游水位高低的影響，充分在有限元中考慮到水重、閘門(mén)重量、地基承載力以及地基反力。 

　　利用模擬概念生成閘門(mén)效果法。在ANSYS中直接把模型中的可視化以創(chuàng)建多個(gè)控制點(diǎn)單元的形式表達(dá)出來(lái)，構(gòu)建最初的有限元模擬模型。在定義ANSYS模擬概念模型之前，必須確定每個(gè)閘門(mén)控制點(diǎn)的位置，這也就是定義的初始點(diǎn)概念，把每個(gè)點(diǎn)的特性分析清楚，包括控制點(diǎn)的形狀、大小、方位以及點(diǎn)與點(diǎn)之間連接的頻率。 

　　4 結(jié)束語(yǔ) 

　　在水閘可視化使用ANSYS還會(huì)存在一定的不足，比如圖形導(dǎo)入的時(shí)候，相應(yīng)的數(shù)值會(huì)出現(xiàn)亂碼的現(xiàn)象，或是導(dǎo)入的圖像邊緣有銳化的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)可以根據(jù)我們后期的要求進(jìn)行修改。但是銳化的現(xiàn)象就很難做處理，不過(guò)這對(duì)設(shè)計(jì)沒(méi)有很大的要求。建模的整個(gè)過(guò)程是非常復(fù)雜的過(guò)程，要理清各個(gè)控制點(diǎn)的具體參數(shù)指標(biāo)，整體的把握邊界條件，建立出的閘門(mén)模型有的時(shí)候還不能完全的代表系統(tǒng)本身的特性，我們就需要在多個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。根據(jù)對(duì)閘門(mén)可視化工作狀態(tài)的了解，可以使上文提到的模擬概念生成的效率大大提高，對(duì)于設(shè)計(jì)上也減輕了工作量，確保了設(shè)計(jì)中水閘可視化在關(guān)鍵技術(shù)上的控制和相關(guān)的可靠性大大提高。 

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