剪叉式升降結構的有限元二次開發

辛宏彥　吳雪濤

摘 要：利用ANSYS用戶界面設計語言UIDL及參數化設計語言APDL，開發出高空作業平臺剪叉式升降結構的有限元分析程序，方便了人員設計，提高了分析效率。

關鍵詞：剪叉結構；APDL語言；UIDL語言

1 概述

ANSYS參數化設計語言APDL是一種解釋性語言。利用APDL語言可以實現參數化建模、參數化的網格劃分與控制、參數化的材料定義、參數化載荷和邊界條件定義、參數化的分析控制和求解以及參數化后處理結果的顯示，從而實現參數化有限元分析的全過程。在參數化的分析過程中可以簡單地修改其中的參數達到反復分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設計方案或者序列性產品，極大地提高了分析效率，減少分析成本[1]。

ANSYS用戶界面設計語言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，通過UIDL語言，將用APDL語言開發的專用有限元程序放進ANSYS應用程序中，從而建立具有本專業特性的ANSYS有限元分析程序[1]。

剪叉式高空作業平臺是一種升降設備，叉架組結構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語言對不同組數、不同截面及長度參數的叉架及油缸進行參數化建模及整體有限元分析，設計出中文用戶菜單及界面，極大地方便了設計人員使用。

2 程序結構

文章所設計的程序結構如圖1所示。以叉架組數不同，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，每個處理器目錄下對應相應的操作菜單，對應各參數對話框，填寫設計參數，最終建模求解得出結果。使用UIDL語言編寫菜單及對話框，并調用對應于各菜單的APDL語言參數化宏程序。

3 實例分析

以某剪叉式高空作業平臺的五組叉架，兩個舉升油缸的升降結構為例來闡述文章所開發的基于ANSYS的用戶菜單及其功能。單片升降結構如圖2所示。

采用梁單元Beam188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，如圖3所示，并確認。自動調用材料參數宏命令。

第二步：建立模型，輸入設計參數，如圖4所示，確認。調用模型參數宏命令。

第三步：劃分網格，點擊命令并確認，如圖5所示，將自動調用劃分網格宏命令和節點耦合宏命令。

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

第五步：后處理結果即查看結果，點擊命令選擇需查看的結果類型，例：應力云圖或變形云圖。如圖7所示為整體應力云圖。

在以上設計參數基礎上改變叉架長度為2000mm，其他參數不作改變，很快得出結論，指導了人員設計，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話框，與APDL命令結合起來，為不熟悉有限元操作的設計人員提供了方便。

4 結束語

利用ANSYS用戶界面設計語言UIDL和參數化設計語言APDL開發的剪叉平臺升降結構分析程序，極大的方便了人員設計，提高了工作效率，體現了ANSYS強大的二次開發功能。文章僅是針對剪叉升降結構進行開發計算，機械結構比較簡單，所開發的程序也比較簡單，若針對更為復雜的整體結構進行開發，將更好的體現文章的設計思路。

參考文獻

[1]張波，盛和太.ANSYS有限元數值分析原理與工程應用[M].北京：清華大學出版社，2005.