基于ANSYS的擦窗機伸縮臂有限元參數化建模研究

陳菲菲，田春偉，韓明霞，李 強，張家慶

（長安大學工程機械學院，陜西 西安 710061）

基于ANSYS的擦窗機伸縮臂有限元參數化建模研究

陳菲菲，田春偉，韓明霞，李 強，張家慶

（長安大學工程機械學院，陜西 西安 710061）

區別于傳統建模，基于ANSYS建立擦窗機伸縮臂參數化建模，通過設定不同參數生成模型，利用給參數賦予不同的數據可快速建立不同的模型，大大縮短了設計時間，提高了工作效率。

ANSYS；APDL；參數化；建模

傳統擦窗機伸縮臂在基于有限元建模分析中，多采用的是單向建模，即根據一組數據生成模型后，便無法進行大規模修改。對于稍作變動的數據，必須重新進行建模分析，工作量大且繁瑣，非常不利于設計人員操作。針對這一問題，本文主要研究基于ANSYS有限元分析軟件的內部命令及APDL語言對擦窗機伸縮臂進行參數化建模，通過設定不同參數生成模型，利用給參數賦予不同的數據可快速建立不同的模型，大大縮短了設計時間，提高了工作效率。

1 參數化有限元分析方法基本思路

APDL(ANSYSParameter Design Language)是一種通過參數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，為設計者和學習者提供了自動完成有限元分析的功能[1]。APDL作為ANSYS的二次開發工具，提供了簡單的用戶交互界面，可以實現參數的交互式輸入，十分方便快捷。

根據模型結構特征，通過參數進行描述，書寫ANSYS命令流，從而實現可變的參數化建模。具體思路如下：

（1）根據模型結構特征進行簡化處理，抽象出不同的模型參數。

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

（3）通過更改不同的參數數據，生成不同的模型及分析結果。對于基本結構相同，但結構尺寸不同的系列產品設計，參數化設計方法顯得尤為重要。

關鍵步驟是書寫ANSYS命令流程序，因此熟悉APDL語言的常用命令及ANSYS內部命令是十分有必要的。

2 擦窗機伸縮臂參數化建模分析算例

本文研究的擦窗機伸縮臂的結構型式為矩形截面。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，即先定義最低級的圖元關鍵點，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、體自動生成相應的所有從屬較低級圖元，建模過程往往要結合布爾運算操作。本文采用的是自下向上的建模方法。

2.1 結構尺寸參數

根據擦窗機伸縮臂的結構特點，設定了不同參數，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命令可構造多行提示對話框，最多可包含10個參數輸入提醒。如：

3 命令流的書寫

本文將利用APDL命令編寫參數化的用戶模塊程序，將其編寫成一個個宏文件，通過調用宏程序實現建模的參數化[2]。

ANSYS分析中，除了建模可以實現參數化外，后續分析中通過利用數字參與分析計算的各種分析過程也可實現參數化[3]。分析的參數化有如下幾個方面：材料屬性定義、載荷加載、網格劃分、分析類型、動載荷的大小、頻率及振動模態的階數的提取等。

4 結束語

利用參數化建模，可以很好地提高創建相似模型的速度；利用參數化分析方法，可以方便地擴展對同一模型的不同參數下的分析[4]。有了基本的模型后，新一輪的實體建模及后續分析可以實現快速化，減少了大量重復工作。通過圖形交互界面，更加友好的輸入數據，使ANSYS初學者也可以熟練快速的進行操作，簡單易用，有效縮短產品的設計周期。

[1]龔曙光，謝桂蘭，黃云清.ANSYS參數化編程與命令手冊[M].北京：機械工業出版社，2010．

[2]王 磊，李 珊，周陶勇.基于ANSYS的幾種建模方法探討[J].計算機應用，2006(3)：51-52.

[3]夏瑞武.APDL參數化有限元分析技術及其應用[J].機電產品開發與應用，2008(3)：103-104.

[4]于建偉，劉曉平.ANSYS中的參數化建模方法研究[J].設計與研究，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：建筑機械。