桥式起重机桥架结构参数化建模与有限元分析

　　一、前言
　　目前，使用ANSYS软件对零部件和简单结构进行参数化设计及有限元分析已较为成熟，在设计计算领域已得到广泛应用。使用APDL对处理零部件非常有效，而对于大型金属结构，由于其结构的几何复杂性及各部件连接关系的复杂性，必须通过个体建模进行计算、分析,如有问题，修改极其不便。因此对大型结构的参数化设计是当前亟待解决的问题。本文以10t-19.5m桥式起重机桥架结构为研究对象，运用参数化与命令流相结合的方法建立桥架结构模型，并对模型进行有限元分析，从而为桥式起重机桥架结构以及其它一些大型金属结构的优化设计提供了一种快速的建模方法，解决了模型修改困难的问题。
　　二、ANSYS命令流文件的建立和APDL参数化语言
　　1．ANSYS命令流文件的建立
　　ANSYS命令流文件是一种在模型建立过程中自动生成的.log文件，它记录了模型建立过程中的每一步操作和命令，并将这些操作转变成ANSYS命令流的形式进行保存。
　　由于桥架等大型金属结构的几何结构和各部件连接关系非常复杂，ANSYS模型中包括成千上万的节点和单元，而且在每次建模操作过程中，面和关键点的序号也在不断发生变化。因此，如果单纯地使用APDL进行程序设计，就要花费很多时间和精力，特别是对于一些不熟悉APDL和编程的用户来说，这基本上是一个无法完成的工作量。本文通过建立16t-10.5m的桥架结构模型，提取模型建立的ANSYS命令，通过对命令的修改和编辑建立进行参数化设计的ANSYS命令流文件，从而实现对同一系列桥架结构模型的修改。
　　2．APDL参数化语言
　　APDL是指ANSYS参数化设计语言（ANSYSParametricDesignLanguage），用来自动完成某些功能或建模的一种脚本语言。它是一种功能强大的描述性、解释性语言，它可以实现模型的参数化，可以获取ANSYS数据库信息，可以进行数学运算（包括矩阵和矢量运算），可以定义经常使用的命令或宏的缩写。
　　APDL参数定义不必声明类型，参数存储无论是整型还是实型，都采用双精度存储。若使用未声明参数，将会被赋“极小值”（约为2×10-100）。
　　（1）定义方法
　　由于APDL参数定义方法很多，这里只介绍其中比较简单的三种定义方法。
　　①采用*SET命令定义
　　例如*SET，LONG，10000
　　*SET，HIGH，1000
　　②采用赋值号“=”定义
　　例如LONG=10000
　　HIGH=1000
　　③GUI菜单定义
　　定义途径：UtilityMenu＞Parameters＞ScalarParameters
　　（2）APDL参数的使用
　　APDL定义的参数主要是用于修改模型，其中包括模型的外轮廓尺寸（如长，宽、高、各板件之间的间隔以及材料的厚度等）和模型建立过程中坐标的移动距离。模型的修改也主要是这些参数数值的变化。当我们改变这些参数的数值后，将ANSYS命令导入ANSYS命令流窗口，就可以自动生成修改后的模型。