专利名称：一种基于ansys的建筑物迁移数字化模拟方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑物迁移的计算机模拟技术，特别是涉以液压缸在迁移轨道上 滑动方式实现迁移的模拟方法。
背景技术：
由于建筑物整体迁移技术具有工程造价低、工期短、对人们的生活和工作影响小、 同时能够减少建筑垃圾对环境的污染等优点，因此在国内外得到了迅猛发展。国内的主要 分为两种一种是在下轨道梁上铺设滚柱，以滚动方式实现迁移；另一种是在托架适当的 顶升位置连接液压缸，以液压缸在轨道上滑动方式实现迁移。虽然现阶段第一种方法应用 较广泛，但是它有以下3种缺点(1)对地基和轨道梁的要求较高，且地基的沉降和轨道的不 平度对建筑物影响较大。(2)轨道梁的造价较高。(3)滚轴受力不均，易出现滚轴被压坏的 现象，且容易产生扭转。然而第二种却能较好的解决以上问题，故该方式将是以后的主流。 根据现场观测实验和仿真实验都表明路面不平度对迁移建筑物影响较大。然而目前关于不 平度对建筑物受力的研究针对滚动迁移方式且其方法主要有以下几种1)根据现场观测， 做实验来总结规律；2)以现场施工得到的托架加速度曲线为输入，对平移过程中的受力变 化进行动力分析；3)用SAP2000软件构建地基，轨道梁和建筑物模型，来分析轨道不平度对 建筑物受力的影响；4)通过滚柱变形来推算建筑物受力状况；5)通过各种有限元软件进行 分析。第一种方法缺少精确性和通用性。第二种方法只能针对几种情况进行模拟，且对以 滑动方式迁移的情况模拟困难。第三种方法计算复杂，地基情况不容易更改且不能考虑液 压缸反应时间这个因素。第四种方法计算更加复杂很难依靠软件强大的计算功能，直观性 较差且不能应用于滑动方式的迁移。现有的第五种方法只能对几种情况进行分析，需要分 析多种情况，则需大量计算，且不能直接反应不平度对迁移建筑物受力的影响。
发明内容
基于上述现有技术，本发明提出了一种基于ANSYS的建筑物迁移的数字化模拟方 法，利用图形化界面和计算机处理方式来实现建筑物迁移模型的参数化建模的优化设计。针对滑动方式的迁移过程，本发明提出了一种基于ANSYS的建筑物迁移数字化模 拟方法，该方法包括以下步骤1)用ANSYS的APDL语言编写程序，建立迁移建筑物模型，施加重力及适当的约束 条件，并进行静力学分析；2)提取分析结果的支反力合力和各个顶升点的支反力；3)编写数字化路面程序，该程序包括以下步骤根据输入的液压缸数目及相对位 置关系确定每组产生数据的形式，确保一组轨道上顶升缸所走路面是同一个路面；根据随 机点长度和步距长度确定一斜坡路面上积分点数目；根据移动距离和随机点长度确定随机 路面上斜坡的个数；根据最低点和最高点数值确定产生数据的范围，其中液压缸数、路面不 平度、路面的长度、、步距长度、随机点长度以及液压缸之间位置关系都实现参数化；
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4)根据ANSYS建立的模型信息以及得到的结果，并设定实际需要测验的数据，填 写数字化路面参数，并运行数字化路面程序。5)根据路面不平度与液压缸顶升力的变化关系，液压控制延迟时间，迁移速度，液 压缸的安全裕量、建筑物重力，上一时刻液压缸的顶升力这些相关参数化条件，对生成的生 成不平度在士H mm之间的数字路面模拟数组进行适当的处理，即首先把数组中路面不平 度转化为顶升力的变化值，接着根据上一时刻液压缸顶升力值和得到的顶升力变化值计算 得到下一时刻顶升力的近似值，然后让得到的顶升力与建筑物重力相比较，得到的差值平 均分到每一个顶升缸上，最后计算得到下一时刻要施加的顶升力；然后调用修改后的数据， 并一组组赋值给顶升点，设定适当的子步数，进行瞬态动力学求解。即可得到建筑物迁移 过程的数字化模拟结果；其中，路面不平度与液压缸顶升力的变化关系的计算包括以下步 骤最初状态的顶升力是根据建筑物质量分布计算得到的设为F，假设每变化Imm液 压缸变化ΔΡ/Η，△ P根据选取的液压缸的量程以及所取的安全裕量有关，则下一时刻的顶 升力近似为:F1 = F+ΔΗΧ ΔΡ/Η。如果有多个所述液压缸顶升力的支撑点，需要在一次生成数字化路面后，根据多 个支撑点多次生成数据文件。与现有技术相比，本发明可对不同长度和宽度的建筑物进行数字化模拟，适用性 较广；可任意修改路面不平度，模拟各种路面对建筑物受力的影响；添加了液压缸反应时 间的影响，是模拟更加贴近现实；本发明利用了 ANSYS强大的分析功能，通过其对相关结果 图形的输出使结果更加直观。
图1为迁移建筑物应力变化云图的示意图；图2为迁移方向上一组液压缸要经过的路面示意图；图3为迁移数字路面输入界面示意具体实施例方式用于实施的硬件环境是pentium-44. 2G计算机，2G内存，512显卡，运行的环境是 ANSYSl 1. 0 禾口 Windows XP 系统。本发明的具体实施，包括以下步骤1)用beaml88模拟框架梁和立柱，shell63模拟楼板，建立ANSYS线框模型，施加 9. 8m/s2的重力加速度，约束托架上所有的顶升点，进行静力学结构分析(在楼板上加载活 载荷，把墙体重量转化为线载荷加在beam单元上，选择要进行分析的类型为Structure，点 击Solution选项中的SOLVE进行求解。分析得到各顶升支点的支反力，建筑物重力以及建 筑物该状态时的受力情况)；2)提取静力学结构分析结果中的各个顶升液压缸的顶升力和顶升力总和，并把顶 升力总和赋值给代表建筑物总重量的参数G ；3)编写数字化路面程序，该程序包括以下步骤根据输入的液压缸数目及相对位 置关系确定每组产生数据的形式，确保一组轨道上顶升缸所走路面是同一个路面；根据随
4机点长度和步距长度确定一斜坡路面上积分点数目；根据移动距离和随机点长度确定随机 路面上斜坡的个数；根据最低点和最高点数值确定产生数据的范围)，其中对液压缸数、路 面的最高点、路面的最低点、路面的长度、步距长度、随机点长度以及液压缸之间位置关系 都实现参数化；4)根据ANSYS建立的模型信息以及得到的结果，并设定实际需要测验的数据，填 写数字化路面参数，并运行数字化路面程序生成不平度在士H mm之间的数字路面模拟数 组，其中每一模拟数组中的每一点代表相应顶升液压缸相对于前一时刻的相对高度；5)根据路面不平度与液压缸顶升力的变化关系、液压控制延迟时间、迁移速度以 及液压缸的安全裕量、建筑物重力，上一时刻液压缸的顶升力这些相关参数化条件，对4) 中生成的生成不平度在士H mm之间的数字路面模拟数组进行适当的处理首先把数组中 路面不平度转化为顶升力的变化值，接着根据上一时刻液压缸顶升力值和得到的顶升力变 化值计算得到下一时刻顶升力的近似值，然后让得到的顶升力与建筑物重力相比较，得到 的差值平均分到每一个顶升缸上，最后计算得到下一时刻要施加的顶升力，然后调用修改 后的数据，并一组组赋值给顶升点，设定适当的子步数，进行瞬态动力学求解，该步骤具体 举例说明如下设定路面不平度士Hmm、液压缸数目、移动的总位移数、根据设定的路面不平度的 范围限制所要模拟生成的路面的相对高度，并确保在建筑物移动方向上，后面顶升缸走过 的路面是前面顶升缸经过的。根据液压缸数目设定生成的每组数据总数，根据总的位移数 和每步所移动距离确定生成的数据组数；假设建筑物总重为G = 27000000N,液压缸总数为60，故平均每个顶升缸的平均 顶升力F = 450000N,可选取液压缸量程为100吨 1000000N,取安全裕量为800000N。 假设路面不平度为士H mm，每变化Imm液压缸变化ΔΡ/Η，ΔP根据选取的液压缸的量程 以及所取的安全裕量有关，可根据实际情况进行调整，这样既可保证模拟的准确性，又可 保证液压缸的安全。第二个状态时液压缸顶升力由提取的初始状态的一组顶升力分别 加上相应位置由于路面不平度所变化的力值确定。例如假设初始状态其中某一顶升力 为460000Ν，下一个状态相对高度为2mm，则下一个状态该位置顶升力为460000+2 X Δ P/ H(N).每一状态的顶升力都是根据前一状态计算得到。由于液压缸控制存在延迟效应，使 得液压缸实际施加的顶升力小于液压缸达到最大相对高度h时的设定值。假设延迟时间为 2s，移动方向上液压缸间距为2m，则根据三角形相似原理此时实际施加的顶升力实际值为 460000+(2000-2X 100/600) XhX Δ P/H/2000 (N)。由以上方法得到的一组组数据以数组的 形式存储。由于生成的每组数据的总和并不一定等于建筑物重力，故为了保证每组数的总和 与建筑物重力相等，设M为每组数累加的总和，则在每次调用每组数之前，先比较M与G的 值是否相等，如果相等，则直接调用数组的该组数；如果不等则将(G-M)/60的值分别加到 该组数的所有数，然后将得到的新的一组数赋值给顶升点。由于液压缸由一种状态进入下 一种状态不是突变的，及液压缸的顶升力也是渐变的，故设定子步条件时，设定顶升力成线 性变化，时间则根据迁移速度，计算步距及计算机计算时间综合考虑假设步距为Nmm，迁 移速度为Vmm/s，实际行走时间为N/Vs，由于每一载荷步的计算都要一定时间，因此对计 算机的运算能力要求较高，可根据计算的实际需要对步距进行缩放，不断试验，使计算机能
5够承受。6)输出上述各子步节点的位移变化量、应力变化云图、弯矩图等即是根据数字化 模拟得到的建筑物迁移受力变化结果，即可得到建筑物迁移过程的数字化模拟结果。如图2所示为本发明的图形化界面，通过该图形化界面输入数字化仿真方法所需 的参数，包括最低点、代表路面不平度的最低点和最高点、输出结果的文件名、路面长度、随 机点长度(即相邻随机点数据的路面距离)、轨道数量(本发明的程序设计中只考虑一个轨 道上放一个支撑点，但是在实际应用中，不可能是这样一种理想状况；因此，若放多个支撑 点，需要一次生成数字化路面，更改初始字符串后再次生成数据文件。)以及初始位置字符 串ο
权利要求
一种基于ANSYS的建筑物迁移数字化模拟方法，对使用液压缸顶升实现建筑物迁移中进行数字化模拟，该方法包括以下步骤用ANSYS的APDL语言编写程序，建立迁移建筑物模型，施加重力及适当的约束条件，并进行静力学分析；提取分析结果的支反力合力和各个顶升点的支反力；编写数字化路面程序，该程序包括以下步骤根据输入的液压缸数目及相对位置关系确定每组产生数据的形式，确保一组轨道上顶升缸所走路面是同一个路面；根据随机点长度和步距长度确定一斜坡路面上积分点数目；根据移动距离和随机点长度确定随机路面上斜坡的个数；根据最低点和最高点数值确定产生数据的范围，其中对液压缸数、路面的最高点、路面的最低点、路面的长度、步距长度、随机点长度以及液压缸之间位置关系都实现参数化；根据ANSYS建立的模型信息以及得到的结果，并设定实际需要测验的数据，填写数字化路面参数，并数字化路面程序；根据路面不平度与液压缸顶升力的变化关系，包括以下步骤，液压控制延迟时间，迁移速度，液压缸的安全裕量、建筑物重力，上一时刻液压缸的顶升力这些相关参数化条件，对生成的生成不平度在±H mm之间的数字路面模拟数组进行适当的处理，即首先把数组中路面不平度转化为顶升力的变化值，接着根据上一时刻液压缸顶升力值和得到的顶升力变化值计算得到下一时刻顶升力的近似值，然后让得到的顶升力与建筑物重力相比较，得到的差值平均分到每一个顶升缸上，最后计算得到下一时刻要施加的顶升力；然后调用修改后的数据，并一组组赋值给顶升点，设定适当的子步数，进行瞬态动力学求解，即可得到建筑物迁移过程的数字化模拟结果；其中，路面不平度与液压缸顶升力的变化关系的计算包括以下步骤最初状态的顶升力是根据建筑物质量分布计算得到的设为F，假设每变化1mm液压缸变化ΔP/H，ΔP根据选取的液压缸的量程以及所取的安全裕量有关，则下一时刻的顶升力近似为F1＝F+ΔH×ΔP/H。2.如权利要求1所示的基于ANSYS的建筑物迁移数字化模拟方法，其特征在于，如果有多个所述液压缸顶升力的支撑点，需要在一次生成数字化路面后，根据多个支撑点多次生成数据文件。
全文摘要
本发明公开了一种基于ANSYS的建筑物迁移数字化模拟方法，对使用液压缸顶升实现建筑物迁移中进行数字化模拟，该方法包括用ANSYS的APDL语言编写程序，建立迁移建筑物模型，并进行静力学分析；提取分析结果的支反力合力和各顶升点的支反力；编写数字化路面程序；根据ANSYS建立的模型信息以及得到的结果，并设定实际需要测验的数据，进行瞬态动力学求解，得到建筑物迁移过程的数字化模拟结果。与现有技术相比，本发明可对不同长度和宽度的建筑物进行数字化模拟，适用性较广；可任意修改路面不平度，模拟各种路面对建筑物受力的影响；添加了液压缸反应时间的影响，是模拟更加贴近现实；利用了ANSYS强大的分析功能，通过其对相关结果图形的输出使结果更加直观。
文档编号G06F17/50GK101923599SQ20101028557
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者杨瑞军, 洪鹰, 金海陆 申请人:天津大学