專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于ansys的建筑物遷移數(shù)字化模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑物遷移的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，特別是涉以液壓缸在遷移軌道上 滑動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)遷移的模擬方法。
背景技術(shù)：
由于建筑物整體遷移技術(shù)具有工程造價(jià)低、工期短、對(duì)人們的生活和工作影響小、 同時(shí)能夠減少建筑垃圾對(duì)環(huán)境的污染等優(yōu)點(diǎn)，因此在國(guó)內(nèi)外得到了迅猛發(fā)展。國(guó)內(nèi)的主要 分為兩種一種是在下軌道梁上鋪設(shè)滾柱，以滾動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)遷移；另一種是在托架適當(dāng)?shù)?頂升位置連接液壓缸，以液壓缸在軌道上滑動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)遷移。雖然現(xiàn)階段第一種方法應(yīng)用 較廣泛，但是它有以下3種缺點(diǎn)(1)對(duì)地基和軌道梁的要求較高，且地基的沉降和軌道的不 平度對(duì)建筑物影響較大。(2)軌道梁的造價(jià)較高。(3)滾軸受力不均，易出現(xiàn)滾軸被壓壞的 現(xiàn)象，且容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。然而第二種卻能較好的解決以上問(wèn)題，故該方式將是以后的主流。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)都表明路面不平度對(duì)遷移建筑物影響較大。然而目前關(guān)于不 平度對(duì)建筑物受力的研究針對(duì)滾動(dòng)遷移方式且其方法主要有以下幾種1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 做實(shí)驗(yàn)來(lái)總結(jié)規(guī)律；2)以現(xiàn)場(chǎng)施工得到的托架加速度曲線(xiàn)為輸入，對(duì)平移過(guò)程中的受力變 化進(jìn)行動(dòng)力分析；3)用SAP2000軟件構(gòu)建地基，軌道梁和建筑物模型，來(lái)分析軌道不平度對(duì) 建筑物受力的影響；4)通過(guò)滾柱變形來(lái)推算建筑物受力狀況；5)通過(guò)各種有限元軟件進(jìn)行 分析。第一種方法缺少精確性和通用性。第二種方法只能針對(duì)幾種情況進(jìn)行模擬，且對(duì)以 滑動(dòng)方式遷移的情況模擬困難。第三種方法計(jì)算復(fù)雜，地基情況不容易更改且不能考慮液 壓缸反應(yīng)時(shí)間這個(gè)因素。第四種方法計(jì)算更加復(fù)雜很難依靠軟件強(qiáng)大的計(jì)算功能，直觀性 較差且不能應(yīng)用于滑動(dòng)方式的遷移?，F(xiàn)有的第五種方法只能對(duì)幾種情況進(jìn)行分析，需要分 析多種情況，則需大量計(jì)算，且不能直接反應(yīng)不平度對(duì)遷移建筑物受力的影響。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出了一種基于ANSYS的建筑物遷移的數(shù)字化模擬方 法，利用圖形化界面和計(jì)算機(jī)處理方式來(lái)實(shí)現(xiàn)建筑物遷移模型的參數(shù)化建模的優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)滑動(dòng)方式的遷移過(guò)程，本發(fā)明提出了一種基于ANSYS的建筑物遷移數(shù)字化模 擬方法，該方法包括以下步驟1)用ANSYS的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)程序，建立遷移建筑物模型，施加重力及適當(dāng)?shù)募s束 條件，并進(jìn)行靜力學(xué)分析；2)提取分析結(jié)果的支反力合力和各個(gè)頂升點(diǎn)的支反力；3)編寫(xiě)數(shù)字化路面程序，該程序包括以下步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對(duì)位 置關(guān)系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形式，確保一組軌道上頂升缸所走路面是同一個(gè)路面；根據(jù)隨 機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度和步距長(zhǎng)度確定一斜坡路面上積分點(diǎn)數(shù)目；根據(jù)移動(dòng)距離和隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度確定隨機(jī) 路面上斜坡的個(gè)數(shù)；根據(jù)最低點(diǎn)和最高點(diǎn)數(shù)值確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍，其中液壓缸數(shù)、路面不 平度、路面的長(zhǎng)度、、步距長(zhǎng)度、隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度以及液壓缸之間位置關(guān)系都實(shí)現(xiàn)參數(shù)化；
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4)根據(jù)ANSYS建立的模型信息以及得到的結(jié)果，并設(shè)定實(shí)際需要測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，填 寫(xiě)數(shù)字化路面參數(shù)，并運(yùn)行數(shù)字化路面程序。5)根據(jù)路面不平度與液壓缸頂升力的變化關(guān)系，液壓控制延遲時(shí)間，遷移速度，液 壓缸的安全裕量、建筑物重力，上一時(shí)刻液壓缸的頂升力這些相關(guān)參數(shù)化條件，對(duì)生成的生 成不平度在士H mm之間的數(shù)字路面模擬數(shù)組進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，即首先把?shù)組中路面不平 度轉(zhuǎn)化為頂升力的變化值，接著根據(jù)上一時(shí)刻液壓缸頂升力值和得到的頂升力變化值計(jì)算 得到下一時(shí)刻頂升力的近似值，然后讓得到的頂升力與建筑物重力相比較，得到的差值平 均分到每一個(gè)頂升缸上，最后計(jì)算得到下一時(shí)刻要施加的頂升力；然后調(diào)用修改后的數(shù)據(jù)， 并一組組賦值給頂升點(diǎn)，設(shè)定適當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)，進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解。即可得到建筑物遷移 過(guò)程的數(shù)字化模擬結(jié)果；其中，路面不平度與液壓缸頂升力的變化關(guān)系的計(jì)算包括以下步 驟最初狀態(tài)的頂升力是根據(jù)建筑物質(zhì)量分布計(jì)算得到的設(shè)為F，假設(shè)每變化Imm液 壓缸變化ΔΡ/Η，△ P根據(jù)選取的液壓缸的量程以及所取的安全裕量有關(guān)，則下一時(shí)刻的頂 升力近似為:F1 = F+ΔΗΧ ΔΡ/Η。如果有多個(gè)所述液壓缸頂升力的支撐點(diǎn)，需要在一次生成數(shù)字化路面后，根據(jù)多 個(gè)支撐點(diǎn)多次生成數(shù)據(jù)文件。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可對(duì)不同長(zhǎng)度和寬度的建筑物進(jìn)行數(shù)字化模擬，適用性 較廣；可任意修改路面不平度，模擬各種路面對(duì)建筑物受力的影響；添加了液壓缸反應(yīng)時(shí) 間的影響，是模擬更加貼近現(xiàn)實(shí)；本發(fā)明利用了 ANSYS強(qiáng)大的分析功能，通過(guò)其對(duì)相關(guān)結(jié)果 圖形的輸出使結(jié)果更加直觀。


圖1為遷移建筑物應(yīng)力變化云圖的示意圖；圖2為遷移方向上一組液壓缸要經(jīng)過(guò)的路面示意圖；圖3為遷移數(shù)字路面輸入界面示意具體實(shí)施例方式用于實(shí)施的硬件環(huán)境是pentium-44. 2G計(jì)算機(jī)，2G內(nèi)存，512顯卡，運(yùn)行的環(huán)境是 ANSYSl 1. 0 禾口 Windows XP 系統(tǒng)。本發(fā)明的具體實(shí)施，包括以下步驟1)用beaml88模擬框架梁和立柱，shell63模擬樓板，建立ANSYS線(xiàn)框模型，施加 9. 8m/s2的重力加速度，約束托架上所有的頂升點(diǎn)，進(jìn)行靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析(在樓板上加載活 載荷，把墻體重量轉(zhuǎn)化為線(xiàn)載荷加在beam單元上，選擇要進(jìn)行分析的類(lèi)型為Structure，點(diǎn) 擊Solution選項(xiàng)中的SOLVE進(jìn)行求解。分析得到各頂升支點(diǎn)的支反力，建筑物重力以及建 筑物該狀態(tài)時(shí)的受力情況)；2)提取靜力學(xué)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中的各個(gè)頂升液壓缸的頂升力和頂升力總和，并把頂 升力總和賦值給代表建筑物總重量的參數(shù)G ；3)編寫(xiě)數(shù)字化路面程序，該程序包括以下步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對(duì)位 置關(guān)系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形式，確保一組軌道上頂升缸所走路面是同一個(gè)路面；根據(jù)隨
4機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度和步距長(zhǎng)度確定一斜坡路面上積分點(diǎn)數(shù)目；根據(jù)移動(dòng)距離和隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度確定隨機(jī) 路面上斜坡的個(gè)數(shù)；根據(jù)最低點(diǎn)和最高點(diǎn)數(shù)值確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍)，其中對(duì)液壓缸數(shù)、路 面的最高點(diǎn)、路面的最低點(diǎn)、路面的長(zhǎng)度、步距長(zhǎng)度、隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度以及液壓缸之間位置關(guān)系 都實(shí)現(xiàn)參數(shù)化；4)根據(jù)ANSYS建立的模型信息以及得到的結(jié)果，并設(shè)定實(shí)際需要測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，填 寫(xiě)數(shù)字化路面參數(shù)，并運(yùn)行數(shù)字化路面程序生成不平度在士H mm之間的數(shù)字路面模擬數(shù) 組，其中每一模擬數(shù)組中的每一點(diǎn)代表相應(yīng)頂升液壓缸相對(duì)于前一時(shí)刻的相對(duì)高度；5)根據(jù)路面不平度與液壓缸頂升力的變化關(guān)系、液壓控制延遲時(shí)間、遷移速度以 及液壓缸的安全裕量、建筑物重力，上一時(shí)刻液壓缸的頂升力這些相關(guān)參數(shù)化條件，對(duì)4) 中生成的生成不平度在士H mm之間的數(shù)字路面模擬數(shù)組進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硎紫劝褦?shù)組中 路面不平度轉(zhuǎn)化為頂升力的變化值，接著根據(jù)上一時(shí)刻液壓缸頂升力值和得到的頂升力變 化值計(jì)算得到下一時(shí)刻頂升力的近似值，然后讓得到的頂升力與建筑物重力相比較，得到 的差值平均分到每一個(gè)頂升缸上，最后計(jì)算得到下一時(shí)刻要施加的頂升力，然后調(diào)用修改 后的數(shù)據(jù)，并一組組賦值給頂升點(diǎn)，設(shè)定適當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)，進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解，該步驟具體 舉例說(shuō)明如下設(shè)定路面不平度士Hmm、液壓缸數(shù)目、移動(dòng)的總位移數(shù)、根據(jù)設(shè)定的路面不平度的 范圍限制所要模擬生成的路面的相對(duì)高度，并確保在建筑物移動(dòng)方向上，后面頂升缸走過(guò) 的路面是前面頂升缸經(jīng)過(guò)的。根據(jù)液壓缸數(shù)目設(shè)定生成的每組數(shù)據(jù)總數(shù)，根據(jù)總的位移數(shù) 和每步所移動(dòng)距離確定生成的數(shù)據(jù)組數(shù)；假設(shè)建筑物總重為G = 27000000N,液壓缸總數(shù)為60，故平均每個(gè)頂升缸的平均 頂升力F = 450000N,可選取液壓缸量程為100噸 1000000N,取安全裕量為800000N。 假設(shè)路面不平度為士H mm，每變化Imm液壓缸變化ΔΡ/Η，ΔP根據(jù)選取的液壓缸的量程 以及所取的安全裕量有關(guān)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，這樣既可保證模擬的準(zhǔn)確性，又可 保證液壓缸的安全。第二個(gè)狀態(tài)時(shí)液壓缸頂升力由提取的初始狀態(tài)的一組頂升力分別 加上相應(yīng)位置由于路面不平度所變化的力值確定。例如假設(shè)初始狀態(tài)其中某一頂升力 為460000Ν，下一個(gè)狀態(tài)相對(duì)高度為2mm，則下一個(gè)狀態(tài)該位置頂升力為460000+2 X Δ P/ H(N).每一狀態(tài)的頂升力都是根據(jù)前一狀態(tài)計(jì)算得到。由于液壓缸控制存在延遲效應(yīng)，使 得液壓缸實(shí)際施加的頂升力小于液壓缸達(dá)到最大相對(duì)高度h時(shí)的設(shè)定值。假設(shè)延遲時(shí)間為 2s，移動(dòng)方向上液壓缸間距為2m，則根據(jù)三角形相似原理此時(shí)實(shí)際施加的頂升力實(shí)際值為 460000+(2000-2X 100/600) XhX Δ P/H/2000 (N)。由以上方法得到的一組組數(shù)據(jù)以數(shù)組的 形式存儲(chǔ)。由于生成的每組數(shù)據(jù)的總和并不一定等于建筑物重力，故為了保證每組數(shù)的總和 與建筑物重力相等，設(shè)M為每組數(shù)累加的總和，則在每次調(diào)用每組數(shù)之前，先比較M與G的 值是否相等，如果相等，則直接調(diào)用數(shù)組的該組數(shù)；如果不等則將(G-M)/60的值分別加到 該組數(shù)的所有數(shù)，然后將得到的新的一組數(shù)賦值給頂升點(diǎn)。由于液壓缸由一種狀態(tài)進(jìn)入下 一種狀態(tài)不是突變的，及液壓缸的頂升力也是漸變的，故設(shè)定子步條件時(shí)，設(shè)定頂升力成線(xiàn) 性變化，時(shí)間則根據(jù)遷移速度，計(jì)算步距及計(jì)算機(jī)計(jì)算時(shí)間綜合考慮假設(shè)步距為Nmm，遷 移速度為Vmm/s，實(shí)際行走時(shí)間為N/Vs，由于每一載荷步的計(jì)算都要一定時(shí)間，因此對(duì)計(jì) 算機(jī)的運(yùn)算能力要求較高，可根據(jù)計(jì)算的實(shí)際需要對(duì)步距進(jìn)行縮放，不斷試驗(yàn)，使計(jì)算機(jī)能
5夠承受。6)輸出上述各子步節(jié)點(diǎn)的位移變化量、應(yīng)力變化云圖、彎矩圖等即是根據(jù)數(shù)字化 模擬得到的建筑物遷移受力變化結(jié)果，即可得到建筑物遷移過(guò)程的數(shù)字化模擬結(jié)果。如圖2所示為本發(fā)明的圖形化界面，通過(guò)該圖形化界面輸入數(shù)字化仿真方法所需 的參數(shù)，包括最低點(diǎn)、代表路面不平度的最低點(diǎn)和最高點(diǎn)、輸出結(jié)果的文件名、路面長(zhǎng)度、隨 機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度(即相鄰隨機(jī)點(diǎn)數(shù)據(jù)的路面距離)、軌道數(shù)量(本發(fā)明的程序設(shè)計(jì)中只考慮一個(gè)軌 道上放一個(gè)支撐點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，不可能是這樣一種理想狀況；因此，若放多個(gè)支撐 點(diǎn)，需要一次生成數(shù)字化路面，更改初始字符串后再次生成數(shù)據(jù)文件。)以及初始位置字符 串ο
權(quán)利要求
一種基于ANSYS的建筑物遷移數(shù)字化模擬方法，對(duì)使用液壓缸頂升實(shí)現(xiàn)建筑物遷移中進(jìn)行數(shù)字化模擬，該方法包括以下步驟用ANSYS的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)程序，建立遷移建筑物模型，施加重力及適當(dāng)?shù)募s束條件，并進(jìn)行靜力學(xué)分析；提取分析結(jié)果的支反力合力和各個(gè)頂升點(diǎn)的支反力；編寫(xiě)數(shù)字化路面程序，該程序包括以下步驟根據(jù)輸入的液壓缸數(shù)目及相對(duì)位置關(guān)系確定每組產(chǎn)生數(shù)據(jù)的形式，確保一組軌道上頂升缸所走路面是同一個(gè)路面；根據(jù)隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度和步距長(zhǎng)度確定一斜坡路面上積分點(diǎn)數(shù)目；根據(jù)移動(dòng)距離和隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度確定隨機(jī)路面上斜坡的個(gè)數(shù)；根據(jù)最低點(diǎn)和最高點(diǎn)數(shù)值確定產(chǎn)生數(shù)據(jù)的范圍，其中對(duì)液壓缸數(shù)、路面的最高點(diǎn)、路面的最低點(diǎn)、路面的長(zhǎng)度、步距長(zhǎng)度、隨機(jī)點(diǎn)長(zhǎng)度以及液壓缸之間位置關(guān)系都實(shí)現(xiàn)參數(shù)化；根據(jù)ANSYS建立的模型信息以及得到的結(jié)果，并設(shè)定實(shí)際需要測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，填寫(xiě)數(shù)字化路面參數(shù)，并數(shù)字化路面程序；根據(jù)路面不平度與液壓缸頂升力的變化關(guān)系，包括以下步驟，液壓控制延遲時(shí)間，遷移速度，液壓缸的安全裕量、建筑物重力，上一時(shí)刻液壓缸的頂升力這些相關(guān)參數(shù)化條件，對(duì)生成的生成不平度在±H mm之間的數(shù)字路面模擬數(shù)組進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，即首先把?shù)組中路面不平度轉(zhuǎn)化為頂升力的變化值，接著根據(jù)上一時(shí)刻液壓缸頂升力值和得到的頂升力變化值計(jì)算得到下一時(shí)刻頂升力的近似值，然后讓得到的頂升力與建筑物重力相比較，得到的差值平均分到每一個(gè)頂升缸上，最后計(jì)算得到下一時(shí)刻要施加的頂升力；然后調(diào)用修改后的數(shù)據(jù)，并一組組賦值給頂升點(diǎn)，設(shè)定適當(dāng)?shù)淖硬綌?shù)，進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解，即可得到建筑物遷移過(guò)程的數(shù)字化模擬結(jié)果；其中，路面不平度與液壓缸頂升力的變化關(guān)系的計(jì)算包括以下步驟最初狀態(tài)的頂升力是根據(jù)建筑物質(zhì)量分布計(jì)算得到的設(shè)為F，假設(shè)每變化1mm液壓缸變化ΔP/H，ΔP根據(jù)選取的液壓缸的量程以及所取的安全裕量有關(guān)，則下一時(shí)刻的頂升力近似為F1＝F+ΔH×ΔP/H。2.如權(quán)利要求1所示的基于ANSYS的建筑物遷移數(shù)字化模擬方法，其特征在于，如果有多個(gè)所述液壓缸頂升力的支撐點(diǎn)，需要在一次生成數(shù)字化路面后，根據(jù)多個(gè)支撐點(diǎn)多次生成數(shù)據(jù)文件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于ANSYS的建筑物遷移數(shù)字化模擬方法，對(duì)使用液壓缸頂升實(shí)現(xiàn)建筑物遷移中進(jìn)行數(shù)字化模擬，該方法包括用ANSYS的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)程序，建立遷移建筑物模型，并進(jìn)行靜力學(xué)分析；提取分析結(jié)果的支反力合力和各頂升點(diǎn)的支反力；編寫(xiě)數(shù)字化路面程序；根據(jù)ANSYS建立的模型信息以及得到的結(jié)果，并設(shè)定實(shí)際需要測(cè)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)求解，得到建筑物遷移過(guò)程的數(shù)字化模擬結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可對(duì)不同長(zhǎng)度和寬度的建筑物進(jìn)行數(shù)字化模擬，適用性較廣；可任意修改路面不平度，模擬各種路面對(duì)建筑物受力的影響；添加了液壓缸反應(yīng)時(shí)間的影響，是模擬更加貼近現(xiàn)實(shí)；利用了ANSYS強(qiáng)大的分析功能，通過(guò)其對(duì)相關(guān)結(jié)果圖形的輸出使結(jié)果更加直觀。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101923599SQ20101028557
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者楊瑞軍, 洪鷹, 金海陸 申請(qǐng)人:天津大學(xué)