專利名稱：用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油膜軸承設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法。
背景技術(shù)：
油膜軸承作為軋機(jī)的核心部件，對(duì)軋機(jī)的正常運(yùn)行起著決定性的作用。油膜軸承的油膜起著承受載荷、減少摩擦及減小磨損的作用，其性能的研究直接影響油膜軸承的承載能力、油膜穩(wěn)定性等方面，一旦發(fā)生油膜失穩(wěn)，很快進(jìn)入突發(fā)性油膜震蕩，將導(dǎo)致承載力不穩(wěn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，甚至很快損傷油膜軸承。此外，油膜軸承所提供的油膜力往往體現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性，通常采用的解決方法有有限元法、分塊直接積分法及結(jié)構(gòu)分析法等，上述方法可使油膜的計(jì)算精度與實(shí)際情況更符合。但與應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行仿真、分析、計(jì)算相比較，仍處于落后的狀態(tài)。因此，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)油膜軸承潤(rùn)滑油膜的性能研究以及油膜軸承的參數(shù)可視化有限元分析設(shè)計(jì)具有重大的意義。目前，ANSYS作為世界最頂尖的CAE分析軟件，其產(chǎn)品種類繁多、功能齊全，不僅能夠進(jìn)行結(jié)構(gòu)、流體、電磁、熱等物理場(chǎng)的單獨(dú)分析，而且能在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行多物理場(chǎng)之間的耦合分析，如熱-結(jié)構(gòu)耦合、流-固耦合、磁-結(jié)構(gòu)耦合、電-磁-流體耦合等。應(yīng)用 ANSYS的參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)可方便地對(duì)問(wèn)題進(jìn)行參數(shù)化建模與計(jì)算分析，大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)效率。CFX完善了 ANSYS在固體力學(xué)、流體力學(xué)、電學(xué)、傳熱學(xué)、磁學(xué)等多物理場(chǎng)以及多場(chǎng)耦合方案。目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、船舶、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、化工能源、環(huán)境等領(lǐng)域，并在進(jìn)一步擴(kuò)大，而且完全可以實(shí)現(xiàn)磁流體的模擬，其特色在于精確的數(shù)值計(jì)算方法、快速穩(wěn)健的求解技術(shù)、友好的人機(jī)界面、豐富的物理模型與材料模型、良好的編程接口等。此外，其強(qiáng)大的后處理功能，能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)云圖顯示、流線顯示、顆粒軌跡、矢量顯示、立體切片顯示、制作動(dòng)畫、局部透明及半透明顯示、繪制變量-時(shí)間曲線、生成報(bào)告等。但是目前，對(duì)上面所述的計(jì)算機(jī)技術(shù)尚沒(méi)有針對(duì)油膜軸承的專用分析計(jì)算系統(tǒng)， 這對(duì)于油膜軸承的有限元計(jì)算分析是一個(gè)極大的缺失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法，可方便、易用、可靠、高效地完成對(duì)油膜軸承的設(shè)計(jì)工作。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，其特征是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，對(duì)ANSYS軟件進(jìn)行二次開發(fā)，建立油膜軸承潤(rùn)滑油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)如圖1所示，包括計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)下的前臺(tái)人機(jī)界面部分1和支撐該前臺(tái)人機(jī)界面部分的后臺(tái)計(jì)算程序部分2，其中，所述前臺(tái)人機(jī)界面部分1包括用于控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的歡迎界面模塊11 ；用于控制用戶名和密碼、登錄分析系統(tǒng)的賬戶管理模塊12 ；用于輸入整個(gè)分析過(guò)程中所用參數(shù)的參數(shù)輸入模塊13 ；用于向用戶提供參數(shù)輸入時(shí)參考的參數(shù)引導(dǎo)模塊14 ；用于選擇油膜軸承傳統(tǒng)潤(rùn)滑分析或磁流體潤(rùn)滑分析的工況選擇模塊15 ；用于依次進(jìn)行模型的建立與有限元分析的分析流程模塊 16 ；用于更新系統(tǒng)時(shí)間和顯示當(dāng)前所處的分析階段的時(shí)鐘與狀態(tài)提示模塊17。所述后臺(tái)計(jì)算程序部分2包括用于對(duì)所用參數(shù)進(jìn)行初始化賦值的參數(shù)初始化模塊21 ；采用APDL編寫油膜參數(shù)化模型和有限元離散模型的APDL命令模塊22 ；用于編寫油膜CFX分析設(shè)置程序的CCL命令模塊23 ；通過(guò)文件的導(dǎo)入進(jìn)行有限元計(jì)算的CFX有限元計(jì)算模塊M ；用于編寫不同油膜工況的分析程序的不同工況程序模塊25 ；分析所用命令流文件和分析設(shè)置文件的輸入與輸出的分析文件輸入輸出模塊26。上述的用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法，其中所述前臺(tái)人機(jī)界面部分1的分析流程模塊16包括以下分析按鈕，如圖3所示用于生成油膜幾何模型和有限元離散模型的命令流的創(chuàng)建APDL(A)按鈕；用于后臺(tái)運(yùn)行ANSYS、執(zhí)行“創(chuàng)建 APDL(A) ”按鈕生成的命令流、進(jìn)而生成有限元模型并保存模型的生成模型(M)按鈕；用于生成油膜分析設(shè)置的文件、分為傳統(tǒng)潤(rùn)滑和磁流體潤(rùn)滑的生成CCL文件(L)按鈕；用于激活 CFX、導(dǎo)入文件求解模型、進(jìn)而進(jìn)行后處理的進(jìn)入CFX(C)按鈕；用于退出分析系統(tǒng)的退出系統(tǒng)(ESC)按鈕。上述的用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法，其中，所述前臺(tái)人機(jī)界面部分1的參數(shù)輸入模塊13共分為5種參數(shù)，如圖3所示，分別為模型參數(shù)、潤(rùn)滑油參數(shù)、分析設(shè)置、初始條件和網(wǎng)格參數(shù)，可在不同階段設(shè)置不同區(qū)域參數(shù)。傳統(tǒng)潤(rùn)滑分析時(shí)關(guān)于磁的參數(shù)可不用設(shè)置。油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)的操作方法如下1.將ANSYS12.0安裝在計(jì)算機(jī)D盤；再將本系統(tǒng)拷貝到電腦中的任何位置，但要保證文件路徑中不能含有中文。再參照?qǐng)D5所示的工作流程圖開始進(jìn)行油膜軸承油膜的有限元計(jì)算分析。2.運(yùn)行oilfilm. exe應(yīng)用程序，啟動(dòng)油膜軸承潤(rùn)滑油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)，系統(tǒng)顯示歡迎界面(圖幻，輸入用戶名和密碼，單擊“確定”按鈕即可進(jìn)入分析系統(tǒng)主界面(圖 3)。3.在參數(shù)輸入模塊13中根據(jù)需要輸入相應(yīng)的參數(shù)，包括模型參數(shù)、潤(rùn)滑油參數(shù)、 分析設(shè)置、初始條件和網(wǎng)格參數(shù)?？梢圆煌A段輸入不同參數(shù)，也可一次性輸入所有參數(shù)。4.單擊分析流程模塊16中的“創(chuàng)建APDL(A) ”按鈕，可以生成創(chuàng)建油膜幾何模型和有限元離散化模型的APDL文件，并提示模型生成完畢。5.單擊分析流程模塊16中的“生成模型(M)”按鈕，可以后臺(tái)啟動(dòng)ANSYS，自動(dòng)輸入步驟3生成的APDL文件，建立幾何模型，進(jìn)而生成有限元模型，最后在工作目錄中生成 oilfilm. cdb 文件。6.單擊分析流程模塊16中的“生成CCL文件(L) ”按鈕，彈出工況選擇模塊 15 (圖4)，直接選擇所要分析的工況，可在工作目錄中生成CCL后綴的文件。傳統(tǒng)潤(rùn)滑生成 oilfilm_unmag. ccl，磁流體潤(rùn)滑生成 oilfilm—mag· ccl。7.單擊分析流程模塊16中的“進(jìn)入CFX (C)，，按鈕，激活CFX分析軟件，首先設(shè)置工作目錄，再單擊“CFX-Pre 12. 0”按鈕，進(jìn)入CFX前處理分析。8.在CFX前處理中，單擊“New Case”按鈕，選擇General即可新建一個(gè)分析，導(dǎo)入步驟4中生成的oilfilm. cdb文件，再導(dǎo)入步驟5生成的*. ccl文件，直接求解。
9.求解完成后進(jìn)入CFX后處理，查看分析結(jié)果，繪制需要圖形，輸出分析報(bào)告。10.完成油膜軸承潤(rùn)滑油膜的有限元計(jì)算分析，單擊“退出系統(tǒng)(ESC) ”按鈕，退出油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)。在操作上述步驟3之前，用戶可通過(guò)改變oilfilm. dat文件，添加自己的油膜計(jì)算分析程序，再執(zhí)行步驟3。在操作上述步驟4時(shí)，會(huì)彈出一個(gè)模型創(chuàng)建信息窗口，若出現(xiàn)錯(cuò)誤可以通過(guò)此窗口的提示進(jìn)行快速修改。本發(fā)明的用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法，可以對(duì)各種參數(shù)配合的油膜軸承潤(rùn)滑油膜模型進(jìn)行有限元分析，及生成后處理報(bào)告，它具有以下優(yōu)點(diǎn)及積極效果1)良好的人機(jī)互動(dòng)界面。正確登錄主控程序后，用戶只需要設(shè)置好所需要改變的參數(shù)，然后按照箭頭的方向依次進(jìn)行操作即可。程序在運(yùn)行的過(guò)程中用戶可以隨時(shí)掌握自己目前所處的分析階段，若發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤可隨時(shí)停止，并且返回錯(cuò)誤步驟重新操作即可。這種友好的人機(jī)界面減少了錯(cuò)誤操作的次數(shù)，使油膜的有限元計(jì)算分析更加直觀、方便。2)強(qiáng)大的參數(shù)化建模與參數(shù)化分析能力。通過(guò)對(duì)油膜軸承的關(guān)鍵尺寸與關(guān)鍵尺寸之間的關(guān)系進(jìn)行分析，提煉出主要參數(shù)，建立參數(shù)列表。分析油膜流體動(dòng)力學(xué)有限元分析設(shè)置中的主要參數(shù)，提煉出關(guān)鍵參數(shù)，建立界面參數(shù)列表。用戶通過(guò)友好的界面直接輸入相應(yīng)的參數(shù)，即可完成參數(shù)化建模與有限元分析過(guò)程。3)可適用于油膜軸承的傳統(tǒng)潤(rùn)滑和磁流體潤(rùn)滑。用戶可以通過(guò)選擇進(jìn)行傳統(tǒng)潤(rùn)滑油膜軸承油膜有限元計(jì)算分析，或者進(jìn)行磁流體潤(rùn)滑油膜軸承油膜有限元計(jì)算分析，為以后磁流體應(yīng)用于油膜軸承潤(rùn)滑提供了支持，同時(shí)也提供了一種思路。4)良好的兼容性和便捷的移植性。只要安裝了 ANSYS12.0的Mechanical模塊和 CFX模塊，無(wú)論是何種操作系統(tǒng)，都可以成功應(yīng)用本分析系統(tǒng)。


圖1是本發(fā)明的油膜軸承油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
圖2是本發(fā)明的油膜軸承油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)歡迎界面
圖3是本發(fā)明的油膜軸承油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)主界面
圖4是本發(fā)明的油膜軸承油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)分析類型選擇界面
圖5是本發(fā)明的油膜軸承油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)工作流程圖
圖6是建模信息輸出窗口
圖7是CFX軟件界面
圖8是CFX前處理界面
圖9是CFX新分析模擬類型選擇框
圖10是CFX輸入DB文件選擇界面
圖11是CFX輸入CCL文件選擇界面
圖12是CFX完成模型導(dǎo)入與模型設(shè)置后界面
圖13是CFX求解界面
圖14是油膜壓力云圖
圖15是分析報(bào)告界面
具體實(shí)施例方式根據(jù)前述分析步驟可進(jìn)行下面油膜有限元分析1.在D盤下安裝好ANSYS12. 0，將本發(fā)明系統(tǒng)拷貝到F盤下，開始分析。2.運(yùn)行oilfilm. exe應(yīng)用程序，顯示歡迎界面(圖2)，輸入用戶名和密碼，單擊 “確定”按鈕，進(jìn)入分析系統(tǒng)主界面(圖3)3.設(shè)置軸承轉(zhuǎn)速為-100rev/min。4.單擊“創(chuàng)建APDL (A) ”按鈕，在當(dāng)前目錄下生成input, dat文件。5.單擊“生成模型(M)”按鈕，后臺(tái)運(yùn)行ANSYS，并彈出建模信息輸出窗口(圖6)， 顯示建模過(guò)程，在當(dāng)前目錄下生成oilfilm. cdb文件。6.單擊“生成CCL文件(L) ”按鈕，選擇傳統(tǒng)潤(rùn)滑分析，在當(dāng)前目錄下生成oilfilm_ unmag. ccl 文件。7.單擊“進(jìn)入CFX(C)”按鈕，激活CFX軟件(圖7)，設(shè)置工作目錄為當(dāng)前目錄，再單擊“CFX-Pre 12. O”按鈕，進(jìn)入CFX前處理(圖8)。8.在CFX前處理中，單擊“New Case”按鈕，選擇General (圖9)即可新建一個(gè)分析，導(dǎo)入步驟5中生成的oilfilm. cdb文件(圖10)，再導(dǎo)入步驟6生成的oilfilm_unmag. ccl文件(圖11)，即可完成模型導(dǎo)入與模型設(shè)置(圖12)，單擊“Define Rim”按鈕求解(圖 13)。9.查看壓力云圖(圖14)，輸出分析報(bào)告(圖15)。10.單擊“退出系統(tǒng)(ESC) ”按鈕，退出分析系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)，其特征是，包括計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)下的前臺(tái)人機(jī)界面部分(1)和支撐該前臺(tái)人機(jī)界面部分的后臺(tái)計(jì)算程序部分O)前臺(tái)人機(jī)界面部分(1)包括用于控制系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的歡迎界面的歡迎界面模塊(11)， 用于控制用戶名和密碼、登錄分析系統(tǒng)的賬戶管理模塊(12)， 用于輸入整個(gè)分析過(guò)程中所用參數(shù)的參數(shù)輸入模塊(13)，用于以圖片形式顯示油膜軸承參數(shù)，方便用戶輸入?yún)?shù)時(shí)參考的參數(shù)引導(dǎo)模塊(14)，用于選擇油膜軸承傳統(tǒng)潤(rùn)滑分析或磁流體潤(rùn)滑分析的工況選擇模塊(15)，用于依次進(jìn)行模型的建立與計(jì)算分析的分析流程模塊(16)，用于更新系統(tǒng)時(shí)間和顯示當(dāng)前所處的分析階段的時(shí)鐘與狀態(tài)提示模塊(17)；后臺(tái)計(jì)算程序部分( 包括用于對(duì)所用參數(shù)進(jìn)行初始化賦值的參數(shù)初始化模塊， 采用APDL編寫油膜參數(shù)化模型和離散化模型的APDL命令模塊02)， 用于編寫油膜CFX分析設(shè)置程序的CCL命令模塊03)， 用于通過(guò)文件的導(dǎo)入進(jìn)行有限元計(jì)算的CFX有限元計(jì)算模塊04)， 用于編寫不同油膜工況的分析程序的不同工況程序模塊05)， 分析所用命令流文件和分析設(shè)置文件的輸入與輸出的分析文件輸入輸出模塊06)； 所述的分析流程模塊(16)包括以下分析的按鈕 用于生成油膜幾何模型和有限元模型的命令流的創(chuàng)建APDL(A)按鈕， 用于后臺(tái)運(yùn)行ANSYS、執(zhí)行“創(chuàng)建APDL(A) ”按鈕生成的命令流、進(jìn)而生成有限元模型并保存模型的生成模型(M)按鈕，用于生成潤(rùn)滑油膜的分析設(shè)置文件、分別為傳統(tǒng)潤(rùn)滑和磁流體潤(rùn)滑的生成CCL文件 (L)按鈕，用于激活CFX、導(dǎo)入文件求解模型、進(jìn)而進(jìn)行后處理的進(jìn)入CFX(C)按鈕， 用于退出分析系統(tǒng)的退出系統(tǒng)(ESC)按鈕；所述的參數(shù)輸入模塊(13)，共有為5種參數(shù)，分別為模型參數(shù)、潤(rùn)滑油參數(shù)、分析設(shè)置、初始條件和網(wǎng)格參數(shù)，可在不同階段設(shè)置不同區(qū)域參數(shù)，也可在分析前全部設(shè)置，傳統(tǒng)潤(rùn)滑分析時(shí)關(guān)于磁的參數(shù)可不用設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)的操作方法，其特征是①.將ANSYS12.O安裝在計(jì)算機(jī)D盤；再將本系統(tǒng)拷貝到電腦中的任何位置，但要保證文件路徑中不能含有中文，再參照工作流程圖開始進(jìn)行油膜軸承油膜的有限元計(jì)算分析；②.運(yùn)行oilfilm.exe應(yīng)用程序，啟動(dòng)油膜軸承潤(rùn)滑油膜參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)，系統(tǒng)顯示歡迎界面，輸入用戶名和密碼，單擊“確定”按鈕即可進(jìn)入分析系統(tǒng)主界面；③.在參數(shù)輸入模塊(1 中根據(jù)需要輸入相應(yīng)的參數(shù)，包括模型參數(shù)、潤(rùn)滑油參數(shù)、 分析設(shè)置、初始條件和網(wǎng)格參數(shù)，可以不同階段輸入不同參數(shù)，也可一次性輸入所有參數(shù)；④.單擊分析流程模塊(16)中的“創(chuàng)建APDL㈧”按鈕，可以生成創(chuàng)建油膜幾何模型和有限元離散化模型的APDL文件，并提示模型生成完畢；⑤.單擊分析流程模塊(16)中的“生成模型(M)”按鈕，可以后臺(tái)啟動(dòng)ANSYS，自動(dòng)輸入步驟③生成的APDL文件，建立幾何模型，進(jìn)而生成有限元模型，最后在工作目錄中生成 oiIfilm. cdb 文件；⑥.單擊分析流程模塊(16)中的“生成CCL文件(L)”按鈕，彈出工況選擇模塊(15)， 直接選擇所要分析的工況，可在工作目錄中生成CCL后綴的文件，傳統(tǒng)潤(rùn)滑生成oilfilm_ unmag. ccl,磁流體潤(rùn)滑生成 oilfilm_mag. ccl ；⑦.單擊分析流程模塊(16)中的“進(jìn)入CFX(C)”按鈕，激活CFX分析軟件，首先設(shè)置工作目錄，再單擊“CFX-Pre 12. O”按鈕，進(jìn)入CFX前處理分析；⑧.在CFX前處理中，單擊“NewCase”按鈕，選擇General即可新建一個(gè)分析，導(dǎo)入步驟⑤中生成的oilfilm. cdb文件，再導(dǎo)入步驟⑥生成的*. ccl文件，直接求解；⑨.求解完成后進(jìn)入CFX后處理，查看分析結(jié)果，繪制需要圖形，輸出分析報(bào)告；⑩.完成油膜軸承潤(rùn)滑油膜的有限元計(jì)算分析，單擊“退出系統(tǒng)(ESC)”按鈕，退出油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)。在操作上述步驟③之前，用戶可通過(guò)改變oilfilm. dat文件，添加自己的油膜計(jì)算分析程序，再執(zhí)行步驟③，在操作上述步驟④時(shí)，會(huì)彈出一個(gè)模型創(chuàng)建信息窗口，若出現(xiàn)錯(cuò)誤可以通過(guò)此窗口的提示進(jìn)行快速修改。
全文摘要
一種用于油膜軸承潤(rùn)滑油膜的參數(shù)化計(jì)算分析系統(tǒng)及操作方法，屬于油膜軸承設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。前臺(tái)人機(jī)界面包括歡迎界面模塊、賬戶管理模塊、參數(shù)輸入模塊、參數(shù)引導(dǎo)模塊、工況選擇模塊、分析流程模塊、時(shí)鐘與狀態(tài)提示模塊。后臺(tái)計(jì)算程序包括參數(shù)初始化模塊、APDL命令模塊、CCL命令模塊、CFX有限元計(jì)算模塊、不同工況程序模塊、分析文件輸入輸出模塊。操作方法是①將ANSYS裝在D盤；②啟動(dòng)本發(fā)明系統(tǒng)，進(jìn)入系統(tǒng)；③輸入相應(yīng)參數(shù)；④生成APDL文件；⑤后臺(tái)啟動(dòng)ANSYS，生成模型；⑥生成CCL文件；⑦激活CFX，進(jìn)入CFX前處理；⑧導(dǎo)入分析文件，直接求解；⑨進(jìn)入CFX后處理，查看分析結(jié)果，輸出分析報(bào)告；⑩退出系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102214260SQ20111018496
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月1日
發(fā)明者侯成, 孫建召, 朱琳, 王建梅, 薛濤, 黃訊杰 申請(qǐng)人:太原科技大學(xué)