剪叉式升降結(jié)構(gòu)的有限元二次開發(fā)

辛宏彥　吳雪濤

摘 要：利用ANSYS用戶界面設(shè)計(jì)語言UIDL及參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL，開發(fā)出高空作業(yè)平臺(tái)剪叉式升降結(jié)構(gòu)的有限元分析程序，方便了人員設(shè)計(jì)，提高了分析效率。

關(guān)鍵詞：剪叉結(jié)構(gòu)；APDL語言；UIDL語言

1 概述

ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL是一種解釋性語言。利用APDL語言可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模、參數(shù)化的網(wǎng)格劃分與控制、參數(shù)化的材料定義、參數(shù)化載荷和邊界條件定義、參數(shù)化的分析控制和求解以及參數(shù)化后處理結(jié)果的顯示，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化有限元分析的全過程。在參數(shù)化的分析過程中可以簡(jiǎn)單地修改其中的參數(shù)達(dá)到反復(fù)分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設(shè)計(jì)方案或者序列性產(chǎn)品，極大地提高了分析效率，減少分析成本[1]。

ANSYS用戶界面設(shè)計(jì)語言UIDL是編寫和改造ANSYS圖形界面的專用語言，是一種程序化的語言。它允許改變ANSYS的圖形用戶界面（GUI）中的一些選項(xiàng)，通過UIDL語言，將用APDL語言開發(fā)的專用有限元程序放進(jìn)ANSYS應(yīng)用程序中，從而建立具有本專業(yè)特性的ANSYS有限元分析程序[1]。

剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)是一種升降設(shè)備，叉架組結(jié)構(gòu)及舉升油缸是其最為重要的承載部件。文章將利用ANSYS有限元分析軟件的APDL語言及UIDL語言對(duì)不同組數(shù)、不同截面及長(zhǎng)度參數(shù)的叉架及油缸進(jìn)行參數(shù)化建模及整體有限元分析，設(shè)計(jì)出中文用戶菜單及界面，極大地方便了設(shè)計(jì)人員使用。

2 程序結(jié)構(gòu)

文章所設(shè)計(jì)的程序結(jié)構(gòu)如圖1所示。以叉架組數(shù)不同，分為一組、二組、三組、四組、五組。每組又分為前處理器、求解器、后處理器三大部分，每個(gè)處理器目錄下對(duì)應(yīng)相應(yīng)的操作菜單，對(duì)應(yīng)各參數(shù)對(duì)話框，填寫設(shè)計(jì)參數(shù)，最終建模求解得出結(jié)果。使用UIDL語言編寫菜單及對(duì)話框，并調(diào)用對(duì)應(yīng)于各菜單的APDL語言參數(shù)化宏程序。

3 實(shí)例分析

以某剪叉式高空作業(yè)平臺(tái)的五組叉架，兩個(gè)舉升油缸的升降結(jié)構(gòu)為例來闡述文章所開發(fā)的基于ANSYS的用戶菜單及其功能。單片升降結(jié)構(gòu)如圖2所示。

采用梁?jiǎn)卧狟eam188模擬叉架桿，受壓桿單元Link10模擬舉升油缸，利用耦合模擬鉸接。

第一步：輸入材料屬性參數(shù)，如圖3所示，并確認(rèn)。自動(dòng)調(diào)用材料參數(shù)宏命令。

第二步：建立模型，輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，如圖4所示，確認(rèn)。調(diào)用模型參數(shù)宏命令。

第三步：劃分網(wǎng)格，點(diǎn)擊命令并確認(rèn)，如圖5所示，將自動(dòng)調(diào)用劃分網(wǎng)格宏命令和節(jié)點(diǎn)耦合宏命令。

第四步：施加載荷及約束，點(diǎn)擊命令并確認(rèn)，分別調(diào)用施加約束宏，重力載荷宏以及施加荷載宏命令，如圖6所示。

第五步：后處理結(jié)果即查看結(jié)果，點(diǎn)擊命令選擇需查看的結(jié)果類型，例：應(yīng)力云圖或變形云圖。如圖7所示為整體應(yīng)力云圖。

在以上設(shè)計(jì)參數(shù)基礎(chǔ)上改變叉架長(zhǎng)度為2000mm，其他參數(shù)不作改變，很快得出結(jié)論，指導(dǎo)了人員設(shè)計(jì)，提高了分析效率，減少了分析成本。采用UIDL語言編制的中文菜單及對(duì)話框，與APDL命令結(jié)合起來，為不熟悉有限元操作的設(shè)計(jì)人員提供了方便。

4 結(jié)束語

利用ANSYS用戶界面設(shè)計(jì)語言UIDL和參數(shù)化設(shè)計(jì)語言APDL開發(fā)的剪叉平臺(tái)升降結(jié)構(gòu)分析程序，極大的方便了人員設(shè)計(jì)，提高了工作效率，體現(xiàn)了ANSYS強(qiáng)大的二次開發(fā)功能。文章僅是針對(duì)剪叉升降結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)計(jì)算，機(jī)械結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所開發(fā)的程序也比較簡(jiǎn)單，若針對(duì)更為復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，將更好的體現(xiàn)文章的設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)

[1]張波，盛和太.ANSYS有限元數(shù)值分析原理與工程應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.