【基于MATLAB的铸造起重机小车架优化软件开发分析案例2300字】

基于MATLAB的铸造起重机小车架优化软件开发分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u8819基于MATLAB的铸造起重机小车架优化软件开发分析案例 179501.1软件功能设计与实现 113021.1.1软件总体结构 140661.1.2MATLAB调用ANSYS 219241.2软件界面设计 4113931.2.1软件主界面 4240801.2.2参数输入模块 5233591.2.3有限元分析模块 650661.2.4尺寸优化模块 71.1软件功能设计与实现1.1.1软件总体结构本软件的目的是通过建立友好的人机交互界面，使设计人员可以用简单的参数控制实现同一系列铸造起重机小车架的有限元分析及优化设计，并能够快速的查看结果。根据铸造起重机小车架设计流程，确定小车架优化设计软件的总体结构，主要包括参数输入模块、有限元分析模块、尺寸优化模块。参数输入模块主要包括数据的录入和保存。有限元分析模块的主要内容是MATLAB后台调用ANSYS进行结构参数化建模并进行有限元分析，分析后可显示结构的分析结果数据和应力、变形云图。尺寸优化模块是对结构进行优化，并将优化的结果显示在优化结果模块。如图1.1所示。图1.1软件总体结构图Fig1.1Softwarestructurediagram小车架优化设计软件操作简单，观察结果方便，将软件设计、系统开发技术应用于铸造起重机小车架的优化设计中，实现了优化设计的智能化，减少了设计过程的重复性，简化了小车架优化的步骤，提高了优化设计效率。1.1.2MATLAB调用ANSYS小车架优化设计软件以MATLAB为主、ANSYS为辅实现数据的输入、计算和输出功能，MATLAB的图形用户界面（GUI）是指由窗口、菜单、图标、按键、对话框和文本等各种图形对象组成的用户界面。通过GUI可完成软件界面设计、功能模块设计及控件、菜单的回调函数编程。小车架优化设计软件流程如图1.2所示。图1.2小车架优化设计软件流程图Fig.1.2Softwareflowchartforoptimizationdesignoftrolleyframe（1）MATLAB调用ANSYS语句小车架优化设计软件的关键技术是使用MATLAB调用并在后台运行ANSYS。在MATLAB的主程序中，通过system函数调用ANSYS批处理（BATCH）模式ADDINNE.Ref.{2D828328-D398-45B1-82F8-22C63ED44A55}[59]。在MATLAB的.m文件中，通过输入以下语句对ANSYS实施调用。system（’D:\ansys19.2\v192\ansys\bin\winx64\ANSYS192–b–pane3fl–iintput.txt–ooutput.out’）；其中：D:\ansys19.2\v192\ansys\bin\winx64\ANSYS192为ANSYS软件的安装路径；-b–pane3fl可直接使用；-i后面是APDL文件，即ANSYS被调用后运行该文件中的指令；-o后面是ANSYS运行结果的输出文件，文件后缀为.out。（2）MATLAB的写入与读取设计者将数据依次填入软件显示界面的文本框中，确认无误后按下保存按钮，输入的参数将保存在指定文件中。MATLAB将参数以矩阵的形式写入parameter.txt中需要使用fid函数，具体语句见表1.1，以供参考：表1.1MATLAB的写入语句Tab.1.1MATLABwritestatement语句含义A=[T1;T2;T3;T4]矩阵A赋值fid=fopen('G:\parameter.txt','wt');打开指定文件b1=1;b2=4;定义一个b1×b2的矩阵[b1,b2]=size(A);返回矩阵A的尺寸信息，并存储在b1、b2中fori=1:b1forj=1:b2fprintf(fid,'%d',A(i,j));endfprintf(fid,'\n');end将数据以整数格式写入到文本文件中fclose(fid);关闭打开的文件ANSYS进行有限元分析和优化分析后将应力和变形结果保存在result.txt文件中。MATLAB可使用textread函数读取.txt文件存储的数据，具体语句见表1.2。表1.2MATLAB的读取语句Tab.1.2MATLABreadstatement语句含义result=textread('G:\result.txt');读取指定文件x1=result(1,1);x2=result(2,1);从矩阵中读取数据并赋值（3）ANSYS的读取与写入ANSYS在进行前处理建模之前需要读取MATLAB存储在文本中的参数信息。具体语句见表1.3。表1.3ANSYS的读取语句Tab.1.3ANSYSreadstatement语句含义*dim,xx,array,n,m定义一个n行m列的数组*create,dataread创建宏*vread,xx,'G:\parameter','txt',,jik,m,n,,,从指定文件中读入数据并填入xx数组中(Fw.d)读取数据的格式*end结束/input,dataread输入写好的宏文件在ANSYS中完成有限元分析和优化设计后，将分析结果保存在.txt文件中，以供MATLAB读取。具体ANSYS写入语句如表1.4所示。表1.4ANSYS写入语句Tab.1.4ANSYSwritestatement语句含义*dim,jieguo,array,1,3定义数组jieguo(1,1)=s1jieguo(1,2)=uz数据赋值*create,datawrite,mac创建宏文件*cfopen,result,txt创建数据保存的文件*vwrite,jieguo(1,1),jieguo(1,2)将数据写入文件(Fw.d)读取数据的格式*cfclose关闭打开的文件*end结束/input,'datawrite','mac','G:\',,0输入写好的宏文件1.2软件界面设计1.2.1软件主界面软件在进入优化设计界面之前，需设置账户和密码，以保证软件的安全性。输入正确的用户名和密码，点击“登录”才能进入软件的主程序，软件的登录界面如图1.3所示。用户名为20210420，密码0420，为使用户放心输入，密码以星号代替数字显示。图1.3小车架优化设计登录界面Fig.1.3Trolleyframeoptimizationdesignlogininterface1.2.2参数输入模块参数输入模块是为了实现设计人员对某类型起重机进行参数设置的操作。参数输入模块主要包括优化设计参数、载荷设置、图形区域显示和操作按钮，如图1.4所示。设计参数为小车架优化设计提供的设计变量，本文针对225t铸造起重机小车架优化设计，参数主要有定滑轮梁盖板厚度、定滑轮梁腹板厚度、卷筒梁腹板厚度、卷筒梁腹板厚度、端梁上盖板厚度、端梁下盖板厚度、端梁中间腹板厚度、端梁外腹板厚度。载荷设置主要包括起升机构自重载荷、额定起升载荷和小车架重力加速度。操作按钮用于保存参数和进行下一步操作。参数输入模块的图形区域显示有助于设计人员清楚输入参数的含义，方便设计人员快速上手操作。图1.4小车架优化参数输入界面Fig.1.4Thetrolleyframeoptimizationparameterinputinterface1.2.3有限元分析模块有限元分析模块主要为小车架的有限元分析服务，为后续小车架的尺寸优化提供数据支持。有限元分析模块由小车架分析文件选取、小车架的有限元分析计算及结果显示、小车架有限元模型显示、操作按钮组成，如图1.5所示。点击“浏览”按钮选择ANSYS分析文件并显示在文本框中，点击“有限元分析”按钮，进行小车架有限元计算并显示其计算结果。设置“退出”按钮和“优化分析”按钮，实现有限元分析后直接退出或继续进行小车架优化分析操作。图1.5小车架有限元分析界面Fig.1.5Thetrolleyframefiniteelementanalysisinterface1.2.4尺寸优化模块小车架优化数学模型中的设计变量由设计人员借助软件界面给出，约束条件由小车架有限元分析后提取得到，这些数据读取到小车架的优化分析文件中，点击如图1.6所示的“优化值”按钮，开始小车架的优化分析，优化设计变量读取到MATLA