1、本科毕业论文（20 届）基于MSC.PCL语言的锚机自动加载程序二次开发所在学院 专业班级 船舶与海洋工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科论文 目录I目 录中文 摘要 .II英文摘要 .III1 绪 论 .11.1 前 言 .11.2 概 述 .11.3 PCL 的主要功能 .21.4 PCL 的语言结构及编译使用 .21.5 课题研究背景、内容 .31.5.1 研究背景 .31.5.2 研究内容 .42 PCL 函数及语法规则 .62.1 概 述 .62.2 主要函数 .62.3 与 C 语言的交互性 .112.4 PCL 语言的变量和常量 .123 自动加载程序的开
2、发 .133.1 设置参数界面 .133.2 加载函数文件 .483.3 实例计算 .484 总结 .50参考文献 .51致 谢 .52外文翻译(原文) .53外文翻译（译文） .59本科论文 摘要II摘要本文基于MSC.Patran内置的PCL语言，开发了锚机基座有限元分析系统，实现了螺栓分布力的自动加载，开发有限元后处理系统界面，大大提高了螺栓分布力的加载效率。程序一开始获取锚机参数值,设置参数界面,获取锚机自重,破断载荷。建立锚机加载界面,锚机螺栓特点界面。编写了批处理命令，对开发的程序进行统一编译，缩短了程序开发的时间，提高了效率。最后对4000DWT油船/化学品船首部锚机（42-AM
3、2液压组合）进行螺栓分点力加载计算。关键词 PCL；锚机；二次开发；有限元分析本科论文 摘要IIITHE SECOND DEVELOPMENT OF PROGRAM FOR ANCHOR WINCH WITH AUTOLOADING BASED OF A PCLAbstract This thesis is based of a PCL which is included in MSC.Patran,which develop an analysis system about finite element for Ancho Winch.This system achieve distribu
4、ting force autoloading for the base of anchor. it is also develop the post process proram, it is proved that the whole program is practical.At the begining of program ,we first acquire the parameter and set parameter interface to receive the weight of ancho and craking force.The pape develop a inter
5、face of ancho loading as well as character of anchor bolt.We also develop batch program to compile the developed program,which shorten our time to develop program and improve efficiency。At last,we have calculated a ships anchor about distributing force with our program.Key words PCL;anchor;the secon
6、d develop; finite element analysis本科论文 正文11 绪 论1.1 前 言MSC.Patran 是世界公认最佳的集集合访问，有限元建模 ,分析求解及数据可视化于一体的新一代框架式软件系统，通过其全新的“并行工程概念”和无与伦比的工程应用模块，将世界所有著名的 CAD/ CAE/ CAM/ CAT(测试) 软件系统及用户自编程序自然地融为一体。MSC. Patran 独有的 SGM(单一几何模型) 技术可直接在几何模型一级访问各类 CAD 软件数据库系统,包括 UG、Pro/ ENGI2NEER、CATIA、CADDSS、Euclid、SoildEdge 、So
7、lid2works 、AutoDesk MDT 及 I2DEAS 等各类 CAD/ CAM 软件数据库。除了框架系统外,MSC. Patran 还拥有功能强大的各种专用分析应用模块,主要包括:1. MSC. Patran FEA(提供了静力、动力、热传导、非线型及优化灵敏度分析等功能)；2. MSC. Patran THERMAL (专用工程自动热分析软件系统,可处理各种复杂的传递问题,并提供了丰富的与温度相关的材料库、对流关系库及与时间和温度相关的专业函数库)；3. MSC. Patran LAMINATEMODELER(集复合材料设计、分析、制造于一体的软件系统 )。PCL (MSC. P
8、atran Command Language)语言是MSC. Patran的一个高级的模块化结构的编程语言和用户自定义工具，随同MSC.Patran 一起发布。使用 PCL语言可以创建新的或者改进MSC.Patran功能，能为特定应用程序创建用户界面和数据库，能够调用MSC.Patran 内的所有函数和MSC.Patran的二次开发技术。本文利用 PCL语言对 MSC.Patran进行二次开发，编制了锚机载荷的自动加载程序，实现锚机螺栓分力自动加载，并通过将自编批处理程序与具有外部工具调用功能编辑器集成，开发出了MSC.Patran 的集成环境，并对软件后处理系统集成化，有效地提高了工作效率。
9、1.2 概 述PCL 语言类似于 C 语言和 FORTRAN 语言，它包含与之相同的数据类型，也具有大量的函数库。除了基本的数学函数库和系统访问的函数库以外，它还提供了大量与有限元建模有关的函数，如几何建模函数，网格自动划分函数，载荷施加，属性添加及结果后处理有关的函数。利用这些函数，用户可以编写自己的函数，并用系统命令！library 将其加载到Patran 中，建立与 NASTRAN 的连接，可以在以后的建模中随时调用。由于 MSC.Patran 没有自带的程序编辑器，需要利用那些具有外部工具调用功能的编辑器，比如 MicrosoftVisual C+、Editplus 等。这些编辑器都支
10、持用户自己开发的工具，首先要进行相关的参数设置，添加 PCL 工具菜单，将 PCL 开发环境与批处理程序集成。设置完成后就可以在编写函数文件的同时，直接通过编辑器进行 PCL 函数文件的编译、转换等工作，极大地方便了程序开发。在使用PCL语言进行锚机螺栓分力自动加载程序的编译中，需要不断对函数文件进行编译，调试。这就必须调用MSC.Patran 自带的编译程序p3pclcomp.exe,通过Patran命令行或DOS窗口中输入!input*.pcl的方式来完成(*代表文件名)。在进行图形用户界面开发时，那些表示控件大小和间距的标准参数是在appforms.p文件中定义的，在界面函数文件的开始部
11、分使用本科论文 正文2#include“appforms.p”语句就可以链接这些定义。不过，此类界面函数文件还必须通过C预处理程序cpp.exe进行转换，也就是将*.pcl文件转换为*.cpp文件后才能使用。在程序编写初期，需要反复使用这些程序和指令进行错误调试，格式转换等工作，较为麻烦。所以本文编写了一系列批处理程序，使这些程序编译，调试工作可以快速，准确的完成，大大提高了工作效率。这些程序以bat文件格式保存，在DOS 状态下运行，DOS 主要是一种面向磁盘的系统软件，说的简单些，DOS就是人与机器的一座桥梁，是罩在机器硬件外面的一层“外壳”，有了DOS，我们就不必去深入了解极其复杂的硬件
12、结构，也不必去死记硬背那些枯燥的机器命令。我们只需通过一些接近于自然语言的DOS命令，就可以轻松的完成绝大多数的日常操作。另外，DOS 还能有效管理各种软硬件资源，对它们进行合理的调度，所有的软件和硬件都在DOS的监控和管理之下，有条不紊的进行着各自的工作。1.3 PCL 的主要功能1.命令行表达式输入。2.可编译的命令库函数。3.丰富的表格及菜单库供开发用户图形界面。4.递归的子程序和函数调用。5.同类函数归于一个类。6.条件分子语句：if、then 、else、swith、case、default、break 、continue。7.条件循环语句：repeat 、until、while、e
13、nd while、for、to、by、end for、list、end list。8.用户可定义的表格生成功能使用户的PCL函数可通过菜单选项来执行。9.数据库的访问存取工具。10.整型、实型、逻辑型、字符串变量及常数。11.局部、全局、静态变量及类变量。12.任意变量类型的数组。13.虚拟内存数组及数组内存管理功能。14.跟踪调试工具。15.数组排序和搜索。16.字符串函数包括大小写转换和所写检查。17.二进制和文本文件读写功能。18.多种数学函数程序。19.丰富的图形函数：绘点、线、虚圆或实圆、虚方块或实方块、虚多边形或实多边形、在任意位置显示文本、改变图形寄存器。20.模型管理程序：比例
14、缩放，转动、旋转、平移。21.系统实用工具。1.4 PCL 的语言结构及编译使用PCL的语言结构：一个PCL 程序类似于C 或者FORTRAN的函数，在第一行必须以FUNCTION开头一行以END FUNCTION结尾，中间为函数段，PCL函数的定义格式如下：FUNCTION function(arg)本科论文 正文3程序段END FUNCTION使用时，直接function(arg)执行就行了。PCL 的编译和使用：Patran 提供了一个 PCL 的编译程序 p3pclcomp，在 DOS 窗口下可以执行 p3pclcomp，会出现“-”提示符，可以在提示符后输入 PCL 编译连接的指令，
15、也可以直接在 PATRAN 图形窗口的命令条中直接输入 PCL 编译连接的指令，常用的 PCL 编译命令包括：1.input：读入 PCL 文件并编译解释，用此方法可以直接使用 PCL 文件。其具体使用说明格式为：!input pile：将 PCL 程序编译成 PATRAN 的库文件，用此方法可以把文本文件编译成二进制文件，方便程序调用，而且可以进行程序的封装。其具体使用格式为：!compile file.pcl library.plb3.library：加载和组织 PATRAN 库文件。可以加载任意个库文件，也可以组织管理，包括合并，删除程序类库。 常用的使用说明格式为：!library a
16、dd library.plb(library.plb.)!library remove library.plb(library.plb.)!library delete library.plb(lfunction.plb.)4.path：加载 PCL 目录!path add directory(directory.)!path remove directory(directory.)!path none!path 另外，PCL 还提供了跟踪调试命令和其他命令，实用比较少。 我们一般把 PCL 程序的后缀作“.pcl” 。PCL 程序在 PATRAN 中可通过三种方法来进行编译和连接，即：（1）
17、PATRAN（2） p3pclcomp;(3)make。1.5 课题研究背景、内容1.5.1 研究背景起锚机作为现代船舶整体结构中不可或缺的一部分,其受力情况往往比较复杂,不能简单的作为船体的某一局部考虑,而需要结合船舶的整体进行考虑. 起锚机结构除了承受自身的重力荷载外,还要承受绳索的破断力作用以及迎风面和侧面风荷载作用. 如若遇到较大波浪作用,还需经受波浪力的考验。由于起锚机是船体结构的一部分,起锚机在受到上述荷载时也是对船体结构的一种考验,尤其是与起锚机直接相连的船体甲板部分。利用有限元计算软件对已设计好的船体结构进行分析验算,已成为当前结构设计中十分重要的环节。锚机有限元分析过程中，螺
18、栓分点力的加载过程非常复杂。MSC的Patran Command Language语言提供了丰富表格和菜单库，供用户开发自编分析程序和图形界面，PCL语言被广泛应用于船体结构参数化建模与外载荷自动加载计算。本文采用自动加载方法大幅度的提高了工作效率，有效地避免了数据录入错误的发生，使得有关科研人员可以轻松地运用自动加载的方法完成有限元分析时大量本科论文 正文4离散压力的施加。1.5.2 研究内容MSC的Patran Command Language语言提供了丰富表格和菜单库，供用户开发自编分析程序和图形界面。而对锚机螺栓分布力进行加载计算时，其过程是相当复杂的，但考虑到其计算步骤是确定的和机械
19、的，所以结合Patran的优点，开发出一套自动加载程序并对后处理集成化。锚机是主要的船用锚系泊设备，其主要作用是保持船位不变，船舶紧急制动，使船安全靠离码头。锚机一般位于船首首楼甲板，在工作环境下一般受到锚链的作用，在船舶运营中锚机承受波浪的作用，这就要求锚机在甲板上的固定及支撑结构要达到合理的结构强度，根据规范要求，需要校核甲板上浪工况和锚链破断工况，其中甲板上浪分为右舷上浪（工况1）和左舷上浪（工况 2） ，锚链破断（工况 3） ，按照 CCS 规范将各种工况计算所得的力分解至各个螺栓分别加载。作用在第 i 个螺栓组的轴向力 按公式计算：iR/ixiysixyi yPhAI式中：垂直于轴线
20、的作用力，单位 kn；xP平行于轴线的作用力，单位 kn；y绞车轴线离安装平面的高度，单位 cm；h第 i 个螺栓组到所有 N 个螺栓组的中心的 x 和 y 方向的坐ix标，单位 cm;螺栓组所有螺栓横剖面面积之和，单位 ；iA2cm ；xI24icm ；yi由绞车和锚机重量之和作用在第 i 个螺栓的静反力，单siR位 kn。绞车和锚机重量： 8659.184.3/20siGknR作用在第 i 个螺栓组上的剪切力 以及合成力 按下式计算：,xiyFiF本科论文 正文5,yxi iPagWPagFN2xiyiF式中：摩擦系数，取 0.5；a锚机和绞车总重量 8.658t;W重力加速度，取 9.8
21、1 ；g2/ms螺栓组数量；Ng重力加速度,取 9.81 m/s。加载方式：采用主从节点连接锚机形心与各个螺栓,直接将载荷施加于锚机形心处。本科论文 正文62 PCL 函数及语法规则2.1 概 述所有的 MSC.Patran 命令首先是由 PCL 编译器所编译过的，PCL 表达式是由 C 语言程序所编译的。PCL 函数能被编译到库函数中，与 MSC.Patran 文件相联系。MSC.Patran 的内置函数是由 C 或 FORTRAN 所编写的。其逻辑图如图 1：图 12.2 主要函数1.ui_form_create ( callback, x, y, position, width, height, label, unused )。该函数用于创建任务窗口，如图2 。
