专利名称：应用ansys软件进行输电铁塔结构分析的方法
技术领域：
本发明涉及一种输电铁塔结构的分析方法，尤其涉及一种应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法。
背景技术：
输电铁塔是由角钢或钢管连接而成的大型钢结构架，用于使导线之间、导线与地线之间、各线路和地面建筑物之间保持一定安全距离，在电力输送中发挥着重要作用。输电铁塔结构设计的优劣直接影响到输电铁塔的质量，影响到整条输电线路的可靠性。
传统的输电铁塔结构分析是技术人员根据结构力学原理，采用许用应力计算方法对其进行力学性能分析，包括静力分析和动力分析。该方法要求技术人员备具一定的物理学基础，在进行输电铁塔建模时需要对输电铁塔进行逐根杆件的建模，将不同工况荷载加载到结构上进行静力计算分析，再提取最大的内力分析结果，并在Excel表格中进行结构构件的验算；最后将在MATLAB中生成脉动风速时程转化为动力荷载进行随机振动分析，通常情况下一个人完成一个塔型的结构分析计算需要20个工作日，工作量大且计算结果难以校对。除此之外，输电铁塔在工程实际中往往按理想桁架结构设计，但随着特高压输电塔和窄基钢管塔的出现，由于钢管塔法兰盘的应用、节点板的刚性连接等因素的影响，杆件在节点处受到很大的嵌固作用，故需要对次弯矩影响进行分析；对于高耸、柔性的铁塔结构，几何非线性的影响也不可忽视；在风荷载激励作用下，铁塔结构振动响应十分显著，而相关规范中未考虑因为铁塔质量和挡风面积的突变而引起风振系数的变化，故需要对铁塔进行随机振动分析。随着计算机的发展，有限元分析技术得到也得到了长足的发展，有限元分析软件也得到了广泛的应用。其中，ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换。但是，由于ANSYS软件是进行有限元分析的通用性软件，其对具体项目分析的针对性较差。除此之外，ANSYS软件复杂的英文界面和繁琐的分析步骤都给从事输电铁塔结构分析设计的技术人员造成了很大的障碍。ANSYS软件除了具有较为完善的有限元分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具，其中ANSYS软件提供的APDL语言是一种参数化设计解释性语言，通过由APDL语言编写的命令组成的APDL命令流文件可以调用ANSYS软件中的相应功能，从而自动完成一些常用任务。利用APDL命令可实现ANSYS软件针对输电铁塔结构分析的二次开发，提高ANSYS软件在进行输电线路铁塔的结构分析方面的专业性和针对性，从而提高电力系统技术人员在设计分析输电铁塔的工作效率。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，该方法能够使ANSYS软件有针对性的对输电铁塔进行方便快捷的结构分析，以提高计算结果的准确性及工作效率。为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下
应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，所述方法通过后台调用ANSYS软件的自制程序对输电铁塔结构进行分析，具体分析方法包括以下步骤
步骤I)输电铁塔建模自制程序首先完成对输电铁塔的建模，生成ANSYS软件可执行的APDL命令流文件；
步骤2)启动ANSYS软件自制程序通过获取操作系统注册表中ANSYS软件的路径信息及版本信息启动ANSYS软件，并隐藏ANSYS软件的主窗口 ；
步骤3)运行ANSYS软件自制程序向ANSYS软件发送命令流，使ANSYS软件对输电铁塔进行有限元分析；
步骤4)数据后处理自制程序根据ANSYS软件的数据结果，得出输电铁塔的杆件应力和各分段处荷载风振系数的数据结果，并将数据结果显示到自制程序的指定位置；
步骤5)图形后处理自制程序将ANSYS软件的图形结果显示在自制程序的指定位置，或者根据自制程序计算的数据结果绘制对应的图形结果，并将图形结果显示到自制程序的指定位置。本发明的进一步改进在于所述步骤I)输电铁塔建模是自制程序根据铁塔数据原文件和铁塔杆件规格文件完成对输电铁塔的建模，具体包括以下步骤
步骤I. I)自制程序根据铁塔数据原文件中杆件连接信息对输电铁塔的所有杆件进行分组；
步骤I. 2)自制程序在铁塔杆件规格文件中读取各杆件对应的截面和材质等信息；步骤I. 3)自制程序读取铁塔数据原文件中各杆件的节点坐标，或根据节点所处两点之间的位置计算出节点坐标，或根据对称信息得到对称节点的坐标；
步骤I. 4)自制程序将节点坐标填到APDL命令流中对应的位置；
步骤I. 5)自制程序通过对x、y、z坐标值均为O的节点进行校正，从而得出所有节点的正确坐标值；
步骤I. 6)自制程序将生成包含杆件定位、截面、材质信息的铁塔数据转换文件、铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件与相关APDL命令结合转换为ANSYS软件可直接执行的APDL命令流文件。本发明的进一步改进在于所述步骤2)启动ANSYS软件中的隐藏ANSYS软件的主窗口的具体步骤为
步骤2. I)自制程序通过查找ANSYS软件的主窗口句柄和图形窗口句柄，将其主窗口隐
藏；
步骤2. 2 )自制程序利用定时中断对ANSYS软件的主窗口句柄是否找到和主窗口是否隐藏进行判断，如果判断为是则执行步骤3)，否则重复步骤2. I)。本发明的进一步改进在于所述步骤3)运行ANSYS软件中自制程序向ANSYS软件发送命令流的具体内容为
在静力分析中，自制程序向ANSYS软件发送铁塔数据转换文件转换的APDL命令流文件中的命令流；在动力分析中，自制程序向ANSYS发送含有铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件的APDL命令流文件中的命令流。由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于
本发明应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析，通过自制程序与ANSYS软件的结合提高了 ANSYS软件对输电铁塔结构分析的针对性，降低了 ANSYS软件在输电铁塔结构分析中的操作难度。利用自制程序完成输电铁塔的建模，并将生成的包含杆件的定位、截面和材质信息的铁塔数据转换文件、铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件直接转换为ANSYS软件可执行的APDL命令流文件，通过向ANSYS软件发送APDL命令流文件进行包括静力分析和动力分析的输电铁塔结构分析，省去了逐根输入输电铁塔杆件信息的工作，节省了输电铁塔的建模时间，简化了与ANSYS软件交互命令的操作。 利用自制程序可在ANSYS软件输电铁塔静力分析结果的基础上，进行各种工况下组合应力的计算，并得出最大计算应力，并将输电铁塔每根杆件各种工况下拉力、压力、弯矩计算应力和所有工况下的最大计算应力等信息显示在表格中，使设计人员在一张表格中便能够清晰的看到输电铁塔每根杆件的信息，大大缩短了分工况计算时间，提高了设计质量和效率。利用自制程序可在ANSYS软件输电铁塔动力分析结果的基础上，计算各分段处的加速度均方根，再根据荷载风振系数的定义计算得到输电铁塔各分段处的荷载风振系数。自制程序通过与ANSYS的数据交换及数据处理，大大提高了计算的精度和效率。利用自制程序可直接显示ANSYS软件的图形结果，或者能根据自制程序计算的数据结果绘制对应图形结果，并将图形结果显示到自制程序的指定位置，使数据结果更加直观清晰。
图I为本发明的流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明
一种应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法是利用自制程序后台启用ANSYS软件完成输电铁塔的结构分析，其流程图如图I所示。在本实施例中，采用本发明所述方法，应用VS2010编制自制程序，通过自制程序首先对输电线路铁塔进行建模，并在后台启动ANSYS软件，然后通过向ANSYS软件发送APDL命令流文件对输电线路铁塔进行结构分析，再根据ANSYS软件分析结果进行数据后处理和图形后处理，最终将结果显示在自制程序的指定位置，具体包括以下步骤
步骤I)输电铁塔建模自制程序根据铁塔数据原文件和铁塔杆件规格文件完成对输电铁塔的建模，包括以下步骤
a)自制程序根据铁塔数据原文件中杆件连接信息对输电铁塔的所有杆件进行分组；
b)自制程序在铁塔杆件规格文件中读取各杆件对应的截面和材质等信息；
c)自制程序读取铁塔数据原文件中各杆件的两端节点的坐标或根据节点所处两点之间的位置计算出节点坐标值，并根据对称信息得到对称节点的坐标；d)自制程序将节点坐标填到APDL命令流中对应的位置；
e)自制程序通过对x、y、z坐标值均为O的节点进行校正，从而得出所有节点的正确坐标值；
f)自制程序将生成包含杆件定位、截面、材质信息的铁塔数据转换文件、铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件与APDL命令结合转换为ANSYS软件可直接执行的APDL命令流文件，自制程序根据输电铁塔结构分析中分析内容的不同向ANSYS软件中发送上述相应APDL命令流文件中的命令流。步骤2)启动ANSYS软件自制程序通过查找操作系统注册表中HKEY_L0CAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\ SessionManager\ Environment 信息获取ANSYS软件的路径信息，其中，当计算机安装的ANSYS软件为10. O版本时，其注册表键名称为ANSYS100_DIR，12. O版本为ANSYS120_DIR，之后利用CreateProcess函数可通过创建一个新的进程启动ANSYS软件。随后自制程序启动定时器，并设定时间间隔，例如可以设定为 500晕秒。在启动定时器的同时，自制程序查找并隐藏ANSYS软件的主窗口。自制程序通过利用EnumChildWindowsProc函数枚举ANSYS软件的子窗口，并找出ANSYS软件的主窗口句柄和图形窗口句柄，当找到所需要的句柄后再利用ShowWindow函数将ANSYS软件的主窗口隐藏。当自制程序每次进入定时中断后对ANSYS软件的主窗口句柄是否找到且主窗口是否隐藏进行判断如果ANSYS软件的主窗口句柄没有找到或主窗口没有隐藏，则自制程序继续查找ANSYS软件的主窗口和图形窗口的句柄，并隐藏ANSYS软件的主窗口 ；否则向下继续进行。步骤3)运行ANSYS软件当ANSYS软件的主窗口句柄找到且主窗口隐藏后，自制程序向ANSYS软件发送命令流，进行输电铁塔有限元分析。自制程序通过向ANSYS软件发送命令流的方式进行输电铁塔有限元分析，其中自制程序向ANSYS软件发送命令流的具体内容为在静力分析中，自制程序向ANSYS软件发送铁塔数据转换文件转换的APDL命令流文件中的命令流；在动力分析中，自制程序向ANSYS发送含有铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件的APDL命令流文件中的命令流。假设输电铁塔有限元分析的全部命令流储存在名为SZ302-6. mac文件中，且存放于E盘的ttsj文件夹下，则当自制程序给ANSYS软件发送“/INPUT，‘SZ302-6’，‘mac’，‘E:\\ttsj’，O”的命令后，ANSYS软件开始执行SZ302-6.mac文件中的命令流，同时在自制程序的指定位置显示计算进度，最终生成计算结果文件。步骤4)数据后处理在静力分析的数据后处理中，自制程序调用ANSYS软件通过parsav命令保存的输电铁塔在各种工况下的拉力、压力、弯矩等计算结果，再结合单元号的杆件的对应情况，依据国内相关规范计算杆、梁构件的强度和稳定，得到每根杆件的计算应力，其中构件强度计算分为轴心受力构件的强度计算和受弯构件的强度计算，构件稳定计算分为轴心受压构件的稳定计算和受弯构件的稳定计算。另外，自制程序同时将杆件的起点编号、终点编号、杆件规格、长度、计算长度、回转半径、计算长细比、允许长细比、稳定系数、计算应力、允许应力等信息都计算出来并制作成表格并显示在自制程序的指定位置。如果杆件的计算应力大于允许应力，则自制程序将此杆件所在的行以亮色显示，技术人员能够清晰直观的查看铁塔杆件的材料信息，并且还可以将某工况下的输电铁塔结构分析的相关数据保存于txt文件中，便于日后分析使用。在动力分析的数据后处理中，自制程序调用ANSYS软件通过parsav命令保存的输电铁塔各分段处代表点的加速度，计算加速度均方根值，再根据输电铁塔各分段的质量、高度、迎风面面积、轮廓面积、体形系数以及加速度均方根等数据得出输电铁塔各分段处的荷载风振系数。步骤5)图形后处理自制程序通过向ANSYS软件发送命令可直接显示ANSYS软件的图形结果，或者根据ANSYS软件的数据结果绘制对应的图形结果。自制程序通过使用SetParent函数将ANSYS软件的图形窗口设定为其指定子窗口，使用GetWindowRect函数和MoveWindow函数将ANSYS软件的图形窗口以合适的尺寸显 示在自制程序中。自制程序再通过向ANSYS软件发送相关命令可在ANSYS软件图形窗中直接显示弯矩云图、轴力云图、扭力云图、模型各阶振型静态显示及动画显示等图形结果。例如通过向 ANSYS 软件发送“LCZER0”、“LCASE, 1”、“ETABLE, REFL” 和 “PLLS, FXl, FX2,-I ”命令，可绘制输电铁塔的轴力云图。自制程序通过向ANSYS软件发送“nsoI”等命令，提取ANSYS软件计算的输电铁塔每个节点位移及加速度，根据上述数据可绘制出每个节点位移及加速度分别与时间变化的曲线。再根据不同分段处代表点的加速度均方根值，绘制出加速度均方根随输电铁塔分段变化曲线，根据风荷载风振系数数值，可绘制出荷载风振系数随输电铁塔分段变化的曲线。除此之外，通过自制程序还可实现图形的放大、缩小、旋转、按比例显示和保存到指定目录。
权利要求
1.应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，其特征在于所述方法通过后台调用ANSYS软件的自制程序对输电铁塔结构进行分析，具体分析方法包括以下步骤 步骤I)输电铁塔建模自制程序首先完成对输电铁塔的建模，生成ANSYS软件可执行的APDL命令流文件； 步骤2)启动ANSYS软件自制程序通过获取操作系统注册表中ANSYS软件的路径信息及版本信息启动ANSYS软件，并隐藏ANSYS软件的主窗口 ； 步骤3)运行ANSYS软件自制程序向ANSY S软件发送命 令流，使ANSYS软件对输电铁塔进行有限元分析； 步骤4)数据后处理自制程序根据ANSYS软件的数据结果，得出输电铁塔的杆件应力和各分段处荷载风振系数的数据结果，并将数据结果显示到自制程序的指定位置； 步骤5)图形后处理自制程序将ANSYS软件的图形结果显示在自制程序的指定位置，或者根据自制程序计算的数据结果绘制对应的图形结果，并将图形结果显示到自制程序的指定位置。
2.根据权利要求I所述的应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，其特征在于所述步骤I)输电铁塔建模是自制程序根据铁塔数据原文件和铁塔杆件规格文件完成对输电铁塔的建模，具体包括以下步骤 步骤I. I)自制程序根据铁塔数据原文件中杆件连接信息对输电铁塔的所有杆件进行分组； 步骤I. 2)自制程序在铁塔杆件规格文件中读取各杆件对应的截面和材质等信息； 步骤I. 3)自制程序读取铁塔数据原文件中各杆件的节点坐标，或根据节点所处两点之间的位置计算出节点坐标，或根据对称信息得到对称节点的坐标； 步骤I. 4)自制程序将节点坐标填到APDL命令流中对应的位置； 步骤I. 5)自制程序通过对x、y、z坐标值均为O的节点进行校正，从而得出所有节点的正确坐标值； 步骤I. 6)自制程序将生成包含杆件定位、截面、材质信息的铁塔数据转换文件、铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件与相关APDL命令结合转换为ANSYS软件可直接执行的APDL命令流文件。
3.根据权利要求I所述的应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，其特征在于所述步骤2)启动ANSYS软件中的隐藏ANSYS软件的主窗口的具体步骤为 步骤2. I)自制程序通过查找ANSYS软件的主窗口句柄和图形窗口句柄，将其主窗口隐藏； 步骤2. 2)自制程序利用定时中断对ANSYS软件的主窗口句柄是否找到和主窗口是否隐藏进行判断，如果判断为是则执行步骤3)，否则重复步骤2. I)。
4.根据权利要求I所述的应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，其特征在于所述步骤3)运行ANSYS软件中自制程序向ANSYS软件发送命令流的具体内容为 在静力分析中，自制程序向ANSYS软件发送铁塔数据转换文件转换的APDL命令流文件中的命令流；在动力分析中，自制程序向ANSYS发送含有铁塔模态分析文件、读入风速文件和风时程加载计算文件的APDL命令流文件中的命令流。
全文摘要
本发明涉及一种应用ANSYS软件进行输电铁塔结构分析的方法，应用于输电铁塔的静力分析与动力分析，所述方法通过自制程序首先完成输电铁塔的建模，生成ANSYS软件可执行的APDL命令流文件，然后在后台启动ANSYS软件，利用向ANSYS软件发送命令流的形式完成对输电铁塔的结构分析，最终将数据结果和图形结果显示在自制程序的指定位置。本发明通过自制程序和ANSYS软件的结合解决了ANSYS软件在进行输电铁塔结构分析时使用难度较高、针对性较差的不足，使输电铁塔的结构分析更加方便快捷，为技术人员提供了一个良好的分析平台。
文档编号G06F17/50GK102968542SQ201210532868
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者王崇宇, 赵怀宇, 李占岭 申请人:河北省电力勘测设计研究院