数值计算绘制动压轴承压力场分布图_闫帅经

数值计算绘制动压轴承压力场分布图 闫帅经 （烟台职业学院 机械工程系， 山东 烟台 2 6 4 2 0 5 ） 动压轴承的压力场分布，要求求解雷诺方程的简化 形式为： ! !x h 3!p !x !+! !z h 3!p !z != 6 U !h !x 公式中参数的含义参见流体动力学。 1 编程求解雷诺方程 采用有限差分的五点差分格式， 1 2 0 1 2 0 网格点计 算。 采用 C + + 语言编写求解轴承压力分布的程序， 可以大 大提高运行速度，节省计算时间。把计算的结果存储到 t x t 格式的文件中。存储数据文件的格式为： 起始部分为 标识文件属性的字符，用于说明当前文件的产生日期和 功能等等, 准确的区分不同时间、 不同版本产生的数据。 正文部分为数据， 是该数据文件的主要部分。 这样作的优 点是： 能够很清晰地知道当前文件的来源及用途， 不至于 混淆多个相似文件， 方便查找。 生成的 t x t 文本格式如下： 全圆动压轴承压力计算 （i p s = 0 . 4 ， r a t i o = 1 ） C u r r e n t t i m e i s ： 0 3 / 1 1 / 0 7 0000000000 00 . 0 0 0 1 3 3 3 8 60 . 0 0 0 2 6 3 2 1 60 . 0 0 0 3 8 9 8 9 8 0 . 0 0 0 5 1 3 6 7 70 . 0 0 0 6 3 4 7 1 10 . 0 0 0 7 5 3 1 0 80 . 0 0 0 8 6 8 9 4 3 0 . 0 0 0 9 8 2 2 7 30 . 0 0 1 0 9 3 1 40 . 0 0 1 2 0 1 5 80 . 0 0 1 3 0 7 6 20 . 0 0 1 4 1 1 2 9 2 Ma t l a b 编程绘制图形 为了快捷地绘制出高质量的图形， 采用 M a t l a b 图形 库编写代码画图， 描绘压力场分布情况。 文件的起始部分 是字符串， M a t l a b 的 l o a d 函数无法直接读取该文件中的 数据。这样就需要编写一个可以读取这样格式文件的函 数， 判断出字符和数据部分。 把数据和轴承系数分别读取 出来， 字符作为图形的名称， 数据描绘成压力场分布图， 这样就可以达到可视化的目的， 清楚地看到压力的变化。 算法：首先对文本逐行读取，存储行号到一个数组 中。一旦发现该行是以数字开始的， 就停止读取字符， 记 录字符的最大行号。 以此分界， 上面是字符， 下面是数据。 （1 ） 首先读取第一行， 判断结果， 发现该行不是数据 开始的， 就增加行号计数器。 （2 ） 读取第二行， 判断结果， 发现该行也不是数据开 始的， 继续增加行号计数器。 （3 ） 下一行读取的数据行， 发现该行是数据开始的， 记录行号为数据起始行。 （4 ） 停止读取字符， 读取数据直至文件末尾， 存放到 数据数组中去， 关闭文件。 （5 ） 重新打开文件， 读取文件到行号计数器的位置， 把读取到的字符串赋给字符数组。 （6 ） 调整数据数组的行号和列号到真正的大小。 这样就能准确地读取数据， 并绘制出良好图形， 很清 晰地看到动压轴承的压力分布状况，下面是压力场分布 的黑白图片 （输出其实为彩色） 。 2 0 0 7 - 3 - 1 1 图的效果： 从图中可以清晰地看出，动压轴承全部的压力分布 状况，沿圆周方向压力递增，形成油膜的压力呈楔形分 布， 达到高峰后， 油膜快速破裂， 压力快速降低到 0 。对压 力场进行积分运算就可以知道动压轴承的承载能力， 提 摘要：动压轴承压力场分布复杂， 用实验方法求解的是二维平面图形。随着计算机技术的发展， 选择合适的计算工具 可以快速获得压力场的三维图。采用 C + + 编写计算程序， 生成 t x t 文件存放计算结果。编写 M a t l a b 程序读取 t x t 文件中 的数据和字符, 实现压力的分布情况的三维立体图形化。 关键词：压力场； 动压轴承； 雷诺方程 中图分类号： T K 2 6 3 . 6 4文献标识码： A文章编号： 1 0 0 2 - 2 3 3 3（2 0 0 7 ） 0 7 - 0 0 4 6 - 0 2 全圆动压轴承压力场分布 （1 2 0 1 2 0 ） 等压线分布状况 M 制造业信息化 MA N U F A C T U R I N GI N F O R MA T I O N A L I Z A T I O N 4 6机械工程师 2 0 0 7 年第 7 期 ! ! 供轴承制造的参考。 3 结论 （1 ） 读取的数据最好是不要经过编辑， 编辑过的数据 文件经常读取不成功。用记事本打开过以后, 文件的结束 符改变了， 读取的时候为乱码。 （2 ） 算法中打开两次文件， 在一次读取多行字符的时 候， 很可能读取不成功。 打开两次就可以保证数据的正确 读取。 （3 ） 数值计算求解的压力分布情况比实验方法获得 图形结果能够更好地反映轴承中的压力分布情况。 参考文献 1 MA T L A BU s e r s G u i d e 1 9 8 4 - 1 9 9 9 b y T h eMa t h Wo r k s , I n c . 2 何光渝. V i s u a l B a s i c 常用数值算法集 M . 北京： 科学出版社， 2 0 0 2 . 3 李志明， 曹杰， 谢求成. V C + + 与 MA T L A B的混合编程 J . 遥测 遥控， 1 9 9 9 ， 2 0（6 ） ： 5 8 - 6 1 .（编辑 昊天） 作者简介： 闫帅经 （1 9 7 4 - ） ， 男， 助工， 研究方向为数控加工。 收稿日期： 2 0 0 7 - 0 3 - 1 2 基于 G R I P语言钢 （铁） 水包倾翻过程模拟应用程序开发 张守云， 李春亭 （大连重工起重集团有限公司 设计研究院， 辽宁 大连 1 1 6 0 1 3 ） 1 前言 对于设计和计算分析人员来说， 进行钢 （铁） 水包倾 翻过程模拟计算是相当繁琐的一件事。 铁水是流体， 而 C A D 建模所建立的模型只能是刚性体， 因此要用 C A D软件分 析钢 （铁） 水包倾翻过程中铁水的变化以及整个模型重心 位置的变化只能通过旋转切割铁水模型来实现。在铁水 流出钢 （铁） 水包以前， 由于要保证铁水和铁水渣的质量， 所以切割时只能先初步试切，然后分析保留铁水模型的 质量， 将其与铁水设计质量进行比较， 如果前者偏大， 则 下调切割平面， 如果前者偏小， 则上调切割平面， 这样反 复地进行， 直到铁水切割质量和设计质量相接近为止。 然 后再按照上述方法切割出铁水渣模型。在我们以往的模 拟计算中， 所有的切割都是通过手动旋转切割完成的， 虽 然操作方法简单， 但由于重复性劳动太多， 所以工作效率 不高。譬如： 由 0 9 0 （包括出水角度） 每 5 切割一个模 型， 要最终完成全部 2 0 个切割模型， 平均一个人要花费 将近一天的时间。 而通过开发应用程序， 将大量的重复性 劳动交由计算机自动完成， 则会大大提高工作效率。 2 U G N X _ G R I P语言及其开发环境 U G / o p e nG R I P是 U G软件包中的一个重要模块， 是 U G S 公司提供的用于 U G二次开发的软件工具。G R I P 语 言具备完整的语法规则、 程序结构、 内部函数。 其简单、 易 学、 交互性能强， 是面向工程师的语言。 利用 G R I P 程序能 实现与 U G的各种交互操作， 如几何体的建模、 文件的管 理、 系统参数的控制、 U G数据库的存取等。 工程师如将专 业知识与 U G系统融合，不但能充分发挥 U G软件的功 能，更重要的是能够满足不同的工作需要并相应地提高 工作效率。进入 G R I P 开发环境界面如图 1 所示。 选择选项 1 便可用记事本进行程序的编辑工作， 然 后再将编写好的程序编译， 无错误后进行链接便可生成在 U G SN X 4 . 0 软件中直接执行的格式为 g r x 的程序文件。 3 钢( 铁) 水包倾翻过程描述 钢 （铁） 水包的结构模型如图 2 所示。钢 （铁） 水包初 始工作状态为竖直状态 （此时认为旋转角度为 0 ） ， 工作 时由 0 逐渐向主铁水嘴方向旋转， 旋转到一定角度 （出水 角度） 时铁水开始流出钢 （铁） 水包， 到 9 0 时， 全部铁水流 出钢 （铁） 水包。 在 0 到出水角度以前， 整个铁水保持设计 质量恒定不变。在出水角度到 9 0 之间，铁水在流出钢 （铁） 水包过程中， 钢 （铁） 水包内的铁水质量不断减小， 但 4 7 机械工程师2 0 0 7 年第 7 期 摘要：在 U G _ N X软件平台上， 利用 G R I P语言开发出了钢 （铁） 水包倾翻过程模拟应用程序。 利用该程序， 可将建好后 的钢 （铁） 水包模型在 0 9 0 范围内自动进行旋转并对铁水模型进行切割且相应地切出铁水渣。文中主要介绍了此程 序的开发过程。 关键词：U G _ N