基于ANSYS的擦窗機(jī)伸縮臂有限元參數(shù)化建模研究

陳菲菲，田春偉，韓明霞，李 強(qiáng)，張家慶

（長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710061）

基于ANSYS的擦窗機(jī)伸縮臂有限元參數(shù)化建模研究

陳菲菲，田春偉，韓明霞，李 強(qiáng)，張家慶

（長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710061）

區(qū)別于傳統(tǒng)建模，基于ANSYS建立擦窗機(jī)伸縮臂參數(shù)化建模，通過設(shè)定不同參數(shù)生成模型，利用給參數(shù)賦予不同的數(shù)據(jù)可快速建立不同的模型，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了工作效率。

ANSYS；APDL；參數(shù)化；建模

傳統(tǒng)擦窗機(jī)伸縮臂在基于有限元建模分析中，多采用的是單向建模，即根據(jù)一組數(shù)據(jù)生成模型后，便無法進(jìn)行大規(guī)模修改。對(duì)于稍作變動(dòng)的數(shù)據(jù)，必須重新進(jìn)行建模分析，工作量大且繁瑣，非常不利于設(shè)計(jì)人員操作。針對(duì)這一問題，本文主要研究基于ANSYS有限元分析軟件的內(nèi)部命令及APDL語言對(duì)擦窗機(jī)伸縮臂進(jìn)行參數(shù)化建模，通過設(shè)定不同參數(shù)生成模型，利用給參數(shù)賦予不同的數(shù)據(jù)可快速建立不同的模型，大大縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間，提高了工作效率。

1 參數(shù)化有限元分析方法基本思路

APDL(ANSYSParameter Design Language)是一種通過參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語言，它用智能化分析手段，為設(shè)計(jì)者和學(xué)習(xí)者提供了自動(dòng)完成有限元分析的功能[1]。APDL作為ANSYS的二次開發(fā)工具，提供了簡單的用戶交互界面，可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)的交互式輸入，十分方便快捷。

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)特征，通過參數(shù)進(jìn)行描述，書寫ANSYS命令流，從而實(shí)現(xiàn)可變的參數(shù)化建模。具體思路如下：

（1）根據(jù)模型結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行簡化處理，抽象出不同的模型參數(shù)。

（2）利用這些模型參數(shù)，編制ANSYS命令流程序，可以包括建模過程，網(wǎng)格劃分，后處理分析等。

（3）通過更改不同的參數(shù)數(shù)據(jù)，生成不同的模型及分析結(jié)果。對(duì)于基本結(jié)構(gòu)相同，但結(jié)構(gòu)尺寸不同的系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法顯得尤為重要。

關(guān)鍵步驟是書寫ANSYS命令流程序，因此熟悉APDL語言的常用命令及ANSYS內(nèi)部命令是十分有必要的。

2 擦窗機(jī)伸縮臂參數(shù)化建模分析算例

本文研究的擦窗機(jī)伸縮臂的結(jié)構(gòu)型式為矩形截面。ANSYS中建模方法有兩種，自下向上與自上向下建立有限元模型。自下向上的建模方法，即先定義最低級(jí)的圖元關(guān)鍵點(diǎn)，再依次生成線、面、體。自上向下的建模方法，即先生成較高圖元，通過匯集線、面、體自動(dòng)生成相應(yīng)的所有從屬較低級(jí)圖元，建模過程往往要結(jié)合布爾運(yùn)算操作。本文采用的是自下向上的建模方法。

2.1 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)

根據(jù)擦窗機(jī)伸縮臂的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)定了不同參數(shù)，即臂高 a，臂寬 b，壁厚 c，臂長 l，搭接長度 l0，外露長度d等。

2.2 定制用戶化圖形交互界面

通過MULTIPRO命令可構(gòu)造多行提示對(duì)話框，最多可包含10個(gè)參數(shù)輸入提醒。如：

3 命令流的書寫

本文將利用APDL命令編寫參數(shù)化的用戶模塊程序，將其編寫成一個(gè)個(gè)宏文件，通過調(diào)用宏程序?qū)崿F(xiàn)建模的參數(shù)化[2]。

ANSYS分析中，除了建?？梢詫?shí)現(xiàn)參數(shù)化外，后續(xù)分析中通過利用數(shù)字參與分析計(jì)算的各種分析過程也可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化[3]。分析的參數(shù)化有如下幾個(gè)方面：材料屬性定義、載荷加載、網(wǎng)格劃分、分析類型、動(dòng)載荷的大小、頻率及振動(dòng)模態(tài)的階數(shù)的提取等。

4 結(jié)束語

利用參數(shù)化建模，可以很好地提高創(chuàng)建相似模型的速度；利用參數(shù)化分析方法，可以方便地?cái)U(kuò)展對(duì)同一模型的不同參數(shù)下的分析[4]。有了基本的模型后，新一輪的實(shí)體建模及后續(xù)分析可以實(shí)現(xiàn)快速化，減少了大量重復(fù)工作。通過圖形交互界面，更加友好的輸入數(shù)據(jù)，使ANSYS初學(xué)者也可以熟練快速的進(jìn)行操作，簡單易用，有效縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期。

[1]龔曙光，謝桂蘭，黃云清.ANSYS參數(shù)化編程與命令手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

[2]王 磊，李 珊，周陶勇.基于ANSYS的幾種建模方法探討[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2006(3)：51-52.

[3]夏瑞武.APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用，2008(3)：103-104.

[4]于建偉，劉曉平.ANSYS中的參數(shù)化建模方法研究[J].設(shè)計(jì)與研究，2008(3)：21-22.

W indow Cleaning Machine Telescopic Boom Finite Element Parametric Modeling Research based on ANSYS

CHEN Fei-fei，TIANChun-wei，HANMing-xia，LIQiang，ZHANG Jia-qing
（Changan University Institute ofMechanical Engineering，Xi'an 710061，China）

Different from the traditionalmodeling,Window cleaningmachine telescopic boom finite elementparametric modeling research based on ANSYS,by setting different parameter generation model,using the parameters given to differentdata can be quickly setup differentmodel,greatly shorten design time,and also improvework efficiency.

ANSYS；APDL；parametric；modeling

TV976.42；TP391.7

B

1672-545X（2014）04-0075-02

2014-01-02

陳菲菲（1990—），女，陜西漢中人，在讀碩士研究生，研究方向：建筑機(jī)械。