基于APDL语言的有限元三维参数化建模与分析

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号的方式形成形式上的 模 块 ， 以便查错修改。 根据图 ’( 的特 征参数可建立输入框的程序 代码。 在 %)*+* 系统中直接加 载程序代码后， 首先产 生 友 好 的参数输入对话框， 根据提示 输入要求的数据，按“,- ” 键 后，开始执行前处理命 令 流 ， 自动生成三维货叉实体模型
图$ 有限元分析流程
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如图 .。第二阶段求解代码最 简单， 只有一句 “*,$/0 ” 。而 执行求解后的后处理程序代码的复杂程度，主要决 定于用户对结果数据查询提取内容的多少。
上是对称的。因此， 可以先建立 !" 投影面， 并对面 进行网格划分， 然后沿 # 向拖拉生成体网格。在整 体建模方案确定后， 还需要进一步对边界 约束和外力加载方式做出规划。 按货叉和 叉架的连接， 图 !" 中的上钩槽 # 面为全 约束， 下钩槽处位于叉体的 $ 面局部沿 ! 方向约束。外载荷作用在货叉水平面上， 施加方式可以有两种： 一种在载荷中心处 沿叉宽加线分布力 $， 另一种在货叉水平 面上以载荷中心为对称点的 !% 区域内， 加载面分布载荷。为控制单元尺寸， 选用 并借助面映射分网 % 节点 & 面实体单元， 后拖拉。因此， 为编程方便， 把叉体的 !" 投影面分 成如图 !’ 所示的多块小面积， 每小块均处理成由四 条线围成的面， 以满足映射分网要求。
饕嚣篱鏊饕鬻霪袭攀雾笺鬻罄攀甏尊萋誊誊鼍誊毫一修改数据根据最后确认的与合理结果对应的实体模型决定最佳的设计方案针对问题确定以下内容分析项目静力动力热力等分析几何结构边界条件作用载荷材料类型上提取并分析结果建立实体模型通过位移图应力图及对应的数值分布选定单元类型并输入相应材料性质重点关注局部的极值状态生成单元网格囵一设计边界约束施加外力载荷图有限元分析流程上是对称的
+, 参数化建模及规划
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参数化方法 参数化建模是通过结构几何特征数据，快速构 造和修改产品的造型方法， 是实现设计、 分析自动化 的主要手段之一， 适用于基本结构形状相同， 但特征 参数要求可变的系列产品建模与分析。 参数化绘制实体模型的方法很多，有通过建立 尺寸边界约束的联立方程组求解的代数法；也有基 于模型知识库通过推理逐步成型的人工智能法； 还 有使用 !"#$!"% 系统本身参数驱动方式建模的直 接操作法和相关的语言描述方法。前两者建立在图 形学知识库应用基础上，而后两者是建立在已有软 件的应用上，也就是通常意义上的基于某一系统的 二次开发。 对于一般专业产品的设计与分析， 二次开 发更为有效。
参考文献 （A ） .<<吴荣华 @< 混凝土泵车 @< 专用车行， 0111 崔德光， 李晓强等 @< 基于人类认知规律的应用系统 0<<彭泉， 人机界面设计 @< 计算机工程与应用， 011.B.CD
调试、 使用， 证明显示效果良好， 信息准确、 及时， 操 作方便、 快捷， 页面组织合理， 维护方便。 良好地体现 了泵的智能性， 作为一套优秀的监控系统， 该系统还 可用于多种型号泵的升级、 改装。
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太原重型机械学院 卫良保 陶元芳 徐格宁
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摘 要： 有限元参数化建模对于特定产品的设计分析十分必要。#$%& 语言是 #’()( 系 统提供的一种有限元参数化建模工具， 以叉车货叉为例进行参数化建模和有限元 分 析 ， 效果
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建模分析流程与规划
")#* 是 "&’(’ 有限元系统内嵌的命令流式 程序设计语言， 是 "&’(’设计优化和自适应网格划
分的基础， 同时也具备一般运算、 循环和选择等条件 控制的特性。即任何复杂的模型都可以通过 ")#* 的二次开发， 实现参数化建模与分析的统一。 一般有限元过程总是按前处理、 求解、 后处理的 三部曲实施， 而其中的求解过程是系统的 “黑匣子” ， 只要选定求解方法， 其它的过程系统会自动完成。 因 此， 实现分析的重点在前后处理方面， 尤其前处理更 为关键。综合前处理过程， 需要确定分析的项目 （内 容） ， 确定分析的几何结构、 边界条件、 作用载荷以及 材料的构成。 再就是根据结构特征选定单元类型、 输 入材料性质、 生成有限元网格。 而单元类型的选定和 网格的合理布局又取决于模型的几何拓扑关系。因 此完整的有限元分析流程如图 ! 所示。 在实际分析中， 从原型结构到有限元模型， 除去 忽略一些无关紧要的局部细节外，应该近似完整地 表达实际结构。依据 "&’(’ 前处理特点， 针对实际 问题的复杂程度，通常把其提供的自底向上建模和 自顶向下建模结合起来，充分考虑模型的几何构成 与以后划分网格要求的条件相一致。比如用映射方 法生成面和体网格时，必须满足四条线围成一面或 六个面围成体的几何构成。同时兼顾边界条件和外 力作用的位置或区域，预先把复杂的面或体用满足 网格生成情况的简单图元组合。以图 " 所示的叉车 货叉进行静力计算为例，货叉在 !" 投影面上是由 叉体和挂钩组成的不规则形状， 而在 # 方向的宽度 — -. —
图#
程序流程
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图! 叉车货叉
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图" 货叉的实体模型
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参数化编码
按上述规划， 货叉的模型建立应自底向上实现，
从产品进行有限元分析的目的意义上讲，后处 理是用户最关心、 最重要的环节。%)*+* 系统针对 用户需求提供了通用后处理和时间历程后处理两种 方式，其中通用后处理是查看模型在特定时刻的结 果，时间历程后处理则用来查看模型指定点的结果 相对时间、 频率等的变化程度。 本文的目的是设计各 种吨位满足强度、 刚度要为实例，成功实现了三维模型
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的建立与有限元分析的参数化。说明了利用 0123 编程实现参数化开发的步骤，也使叉车生产企业快 速设计货叉这一关键承载部件变得方便、 容易。 不仅 减少了前处理中的重复工作，而且使得有限元分析 计算更易推广。 总之， 在 04565 中， 应用宏、 参数化语言、 用户 自定义界面等，可以设计出适合用户使用的任何应 用程序。 但是， 在确定如何使程序模拟实际的物理系 统时， 不可能一次预见所有取舍的细节， 尽管仔细地 进行了规划， 有时还是会忽略至关重要的东西， 必须 多次推敲， 反复修改， 才能完善。
参考文献
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谭建国 $ 使用 045657$’ 进行有限元分析 $ 北京： 北京 大学出版社， "’’"
"
刘涛等 $ 精通 04565$ 北京： 清华大学出版社， "’’"
% 何飞$ 与参数化造型相结合的有限元结构仿真及算例
分析 $ 04565 中国用户年会论文集， "’’"
图!
货叉的应力云图
通信地址： 太原重型机械学院机电分院 （"#""$% ） （收稿日期： "’’%8("8’9 ）
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也可手动消除提示窗口， 并可随时调出复查。 本系统 中总共可允许 ./ 种故障，目前已拟定 .0 种故障提 示， 故障处理系统采用结构化编程， 可根据需要随时 添加新的故障提示， 便于以后的版本更新、 升级。 整个监控系统共计基础页面 01 个， 弹出窗口类 页面 .0 个， 由于页面间的切换逻辑比较简单， 故基 本切换条件为： “ 当前页面号” “操作按键” “限定 * 2* 条件” 考虑到今后泵车功能的进一步增强， 以及人 3。 们对 456789: 操作方式的习惯， 下一步计划将操作 方式改为菜单式， 以增加各页面上的功能， 并使系统 结构更加清晰， 同时实现一定程度软件复用的目的。
实现具有相同结构， 可变尺寸的系列产品建模分析。 很好。表明 #$%& 语言非常适合于编程， 关键词： ")#* 参数化建模 有限元 叉车
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随着 !"#$!"% 技术的发展， 制造业的设计、 分 析也从二维状态迈向三维实体仿真。针对仿真设计 出的产品制造前的 “真实构造形态” ， 经进一步的运 动特性、 力学特性、 工艺过程、 制造成本等的综合分 析， 不仅能直观地判断设计方案的优劣， 而且可以减 少产品试制中的盲目性， 提高产品开发的时效性。 然 而把通用软件应用到专业产品的设计分析中，还需 要做大量的工作， 如建立产品的三维模型， 划分网格 单元等。 本文基于 "&’(’ 有限元分析系统的 ")#* 语言，阐述如何通过参数化创建模型及力学特性计 算， 从而实现具有相同结构产品的系列化、 规范化分 析， 使得复杂的有限元前后处理， 变得简单易用。
G 收稿日期 F011;H..H1/D
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