姜 峰，韓少平，柯貞東

JIANG Feng, HAN Shao-ping, KE Zhen-dong

（甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，蘭州 730030）

基于VB調(diào)用ANSYS的AC接觸器電磁場(chǎng)計(jì)算

Analysis system of electromagnetic field for AC cont actor by calling ANSYS based on VB

姜 峰，韓少平，柯貞東

JIANG Feng, HAN Shao-ping, KE Zhen-dong

（甘肅省機(jī)械科學(xué)研究院，蘭州 730030）

利用VB及ANSYS提供的二次開(kāi)發(fā)工具APDL，開(kāi)發(fā)了界面友好的AC接觸器電磁場(chǎng)有限元分析系統(tǒng)。借助VB前臺(tái)開(kāi)發(fā)友好、方便、易用的人機(jī)交互界面，對(duì)復(fù)雜、難理解難掌握的APDL命令流進(jìn)行后臺(tái)封裝，能夠大大減少分析的工作量。最后以分析雙E型AC接觸器的三維電磁場(chǎng)為例,證明了該方法的優(yōu)越性,該方法在很大程度上降低了ANSYS的使用難度，并提高了電磁場(chǎng)設(shè)計(jì)分析的效率。

VB；ANSYS APDL；AC接觸器；電磁場(chǎng)分析

0 引言

ANSYS軟件在工程上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在機(jī)械、電機(jī)、土木、電子及航空等不同領(lǐng)域的使用,都能達(dá)到某種程度的可信度，頗獲各界好評(píng)[1]。因其功能強(qiáng)大結(jié)果可靠，ANSYS軟件在工程上的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。很多人在其基礎(chǔ)上進(jìn)行模板二次開(kāi)發(fā)以簡(jiǎn)化具體工作中的機(jī)算問(wèn)題。在這一過(guò)程中解決主程序?qū)NSYS的調(diào)用功能成為開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。各種開(kāi)發(fā)工具都有其各自的方法，造成在各個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中開(kāi)發(fā)者需要采用不同的方法重復(fù)工作。為了解決這一問(wèn)題，筆者提出了基于VB控件開(kāi)發(fā)的ANSYS程序調(diào)用方法。

1 基于VB集成開(kāi)發(fā)ANSYS

1.1 基本原理

針對(duì)某一實(shí)際工程問(wèn)題，ANSYS所提供的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言可對(duì)ANSYS命令進(jìn)行封裝，使其更加有效地進(jìn)行分析計(jì)算，輕松地進(jìn)行自動(dòng)化工作（循環(huán)、分支、宏等結(jié)構(gòu)）[2]。封裝的系統(tǒng)只要求操作人員輸入前處理參數(shù)，然后自動(dòng)調(diào)用ANSYS進(jìn)行求解。并且ANSYS為使用者提供了batch功能，利用此功能可以實(shí)現(xiàn)分析文件的后臺(tái)調(diào)用，利用這一功能，可以利用自己熟悉的編程軟件修改分析文件中相應(yīng)的參數(shù)，并調(diào)用ANSYS程序計(jì)算。VB提供輸入?yún)?shù)的可視化界面，由此界面可輸入或修改相關(guān)參數(shù)，這些賦值后的參數(shù)被傳送到ANSYS的參數(shù)化命令流文件從而構(gòu)成完整的運(yùn)行程序，VB再調(diào)用該程序分析電磁場(chǎng)。在主程序的調(diào)用過(guò)程中主程序必須實(shí)現(xiàn)以下4 種功能：1）要實(shí)現(xiàn)前處理參數(shù)輸入功能；2）根據(jù)用戶輸入的參數(shù)生成ANSYS宏命令文件；3）將生成的宏命令文件提交給ANSYS程序進(jìn)行批處理操作；4）程序需要判斷ANSYS的批處理操作何時(shí)結(jié)束。

1.2 VB調(diào)用ANSYS實(shí)現(xiàn)參數(shù)化界面分析

文獻(xiàn)[3]給出了一種VB增強(qiáng)ANSYS前處理能力的方法,其建立模型的命令流文件是通過(guò)VB編程來(lái)輸入，這無(wú)疑增加了VB編程的工作量，對(duì)復(fù)雜模型來(lái)說(shuō)更是如此，如果再加上求解和后處理部分難度更大，這在很大程度上掩蓋了VB編程的優(yōu)點(diǎn)。與此不同，本文先用APDL語(yǔ)言編寫(xiě)參數(shù)化建模分析命令流文件。然后通過(guò)VB的讀文件和寫(xiě)文件函數(shù)對(duì)該命令流文件進(jìn)行操作,只需幾行程序即可完成整個(gè)調(diào)用過(guò)程。

該前處理模塊以ANSYS自帶參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL為基礎(chǔ)，采用以VB語(yǔ)言為主進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，編制面向?qū)ο蟮目梢暬绦?，給出實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析的解決方法，使人為干預(yù)盡可能減少和簡(jiǎn)化[4]。主要開(kāi)發(fā)思路如圖1所示。

編制應(yīng)用程序所依據(jù)的ANSYS電磁場(chǎng)分析前處理流程如圖2所示。

圖2 電磁分析前處理流程

用APDL編寫(xiě)參數(shù)化建模分析命令流文件ansys.dat (此時(shí)沒(méi)有給參數(shù)賦值)，利用VB創(chuàng)建可視化參數(shù)輸入界面如圖3所示，通過(guò)VB編程把這些賦值參數(shù)輸出到文件input.dat，完成B-H磁化曲線定義功能和完成雙E型鐵芯靜鐵模型構(gòu)造的界面如圖3和圖4所示。

圖3 B-H磁化曲線定義的界面

圖4 雙E型鐵芯靜鐵模型創(chuàng)建的界面

在VB下建立ANSYS的命令流文件，在流文件中寫(xiě)入相應(yīng)的APDL語(yǔ)句，這樣就可以通過(guò)調(diào)用ANSYS對(duì)該命令流文件進(jìn)行計(jì)算得出用戶想要的結(jié)果，其中生成命令流的程序代碼可以用下面的VB程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面的代碼顯示了用VB生成APDL文件的程序代碼。

由VB 生成命令流程序段

1.3 VB對(duì)ANSYS進(jìn)行調(diào)用

文獻(xiàn)[5]中給出了使用Visual C++調(diào)用ANSYS中的APDL程序的各種方法，對(duì)于在VB中調(diào)用ANSYS進(jìn)行計(jì)算的方法有很多種，其中采用Shell函數(shù)的方法是比較好的一種，本文就采用這種方法來(lái)調(diào)用ANSYS ,其程序的實(shí)現(xiàn)代碼如下：

其中“ansysXX0.exe”中的XX0表示ANSYS的版本代號(hào)，filein及fileout分別表示要輸入的命令流文件及輸出的結(jié)果文件的文件名及存放位置。

1.4 判斷ANSYS計(jì)算結(jié)束

在計(jì)時(shí)器中添加如下代碼

其中的Z：......為生成執(zhí)行文件后的執(zhí)行位置。

完成以上步驟后，將所有生成文件保存。這樣具有ANSYS軟件調(diào)用功能并可以判斷計(jì)算是否完成的控件就具備實(shí)用功能了。如圖5所示。

1.5 VB對(duì)ANSYS計(jì)算結(jié)果的提取

另外一個(gè)重要的問(wèn)題是VB怎么獲取ANSYS的運(yùn)行結(jié)果,ANSYS對(duì)結(jié)果的計(jì)算結(jié)果主要存放在.rst數(shù)據(jù)庫(kù)文件中。這個(gè)文件是以二進(jìn)制的方式存儲(chǔ)的，需要知道文件的結(jié)構(gòu)后方能獲取計(jì)算結(jié)果。而且得到的也只是節(jié)點(diǎn)的結(jié)果數(shù)據(jù)，還要需要將單元的形函數(shù)代入才能求得相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力等數(shù)據(jù)。利用對(duì)路徑進(jìn)行列表操作可以得到含有我們想要的結(jié)果數(shù)據(jù)的文本文件.out結(jié)果輸出文件。但是由于其中包含了許多其他的文本信息，我們就需要對(duì)結(jié)果文件進(jìn)行文本分析、處理后方可得到自己想要的數(shù)據(jù)。

圖5 判斷計(jì)算是否完成

2 實(shí)例應(yīng)用

圖6 電磁機(jī)構(gòu)電磁分析有限元模型

圖7 雙E型電磁機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布

采用本文介紹的方法對(duì)一雙E型AC接觸器的三維電磁場(chǎng)進(jìn)行分析。圖6給出了該接觸器電磁分析有限元模型。氣隙為2.6mm，電流為0.21A時(shí)雙E型電磁機(jī)構(gòu)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布如圖7所示。這些數(shù)據(jù)通過(guò)VB的可視化顯示，可以很方便工程技術(shù)人員對(duì)電磁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣進(jìn)行直觀的判斷，方便進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。

3 結(jié)論

本文主要介紹了基于VB調(diào)用ANSYS進(jìn)行AC接觸器電磁場(chǎng)計(jì)算的方法，開(kāi)發(fā)者主要任務(wù)是用APDL語(yǔ)言編寫(xiě)分析過(guò)程的命令流文件及用VB調(diào)用ANSYS計(jì)算結(jié)果文件并進(jìn)行分析計(jì)算，用圖像交互的方式進(jìn)行顯示，從而為一般設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)友好的可視化界面，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的簡(jiǎn)單修改即可完成復(fù)雜的有限元分析和結(jié)果的后處理，這在很大程度上降低了分析難度，加快了設(shè)計(jì)速度。

[1] 陳精一,蔡國(guó)忠.電腦輔助工程分析ANSYS使用指南[M].北京：中國(guó)鐵道出版社,2001.

[2] 博弈創(chuàng)作室.APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2004.

[3] 張晉西.用VB增強(qiáng)ANSYS前處理能力[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2002,22(3)：86-87.

[4] 彭公孚,席長(zhǎng)友.基于VB控件開(kāi)發(fā)的ANSYS程序調(diào)用方法[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2004,2,28.

[5] 劉潔,張和平,王麗娟.基Visual C++的ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)電工程技術(shù),2003,32(5).

TM572.2

A

1009-0134(2010)10(下)-0064-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).20

2010-01-28

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2006BAF01A21）

姜峰（1981 -），男，山東蓬萊人，工程師，碩士，研究方向?yàn)橛邢拊抡妗?/p>