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起重臂局部稳定性有限元分析的二次开发 河海大学 纪爱敏 徐州徐工随车起重机有限公司 刘永传 摘要：在大吨位起重机的起重臂设计中，定量地、精确地计算起重臂的局部稳定性非常重要。但由于起重臂截面形状复杂以及作用应力分布不均匀，因而其计算难度较大。目前已有的研究成果表明，运用有限元法可以较精确地分析复杂截面形状的起重臂的局部稳定性，并获得其临界屈曲应力值。为此，以随车起重机六边形起重臂为例，在有限元分析软件ANSYS环境下，利用其参数化建模语言APDL对其局部稳定性有限元分析的全过程作了二次开发，包括建模中的模型参数提取及参数输入方法、载荷处理及载荷数值输入、约束施加、预应力及特征值解算以及采用优化方法寻求失稳半波长及临界应力等，并介绍了相应宏文件的形成以及定制分析流程方法。最后给出了一个实例的运行过程。 关键词：起重机稳定性有限元分析APDL二次开发 随着起重机向大吨位起重量和高起升高度发展，设计中，如何尽可能地减轻起重臂的重量，是一个非常值得思考的问题，通常的做法都是增大起重臂截面的高厚比，同时将腹板压形，以减小腹板的高厚比，避免腹板的屈曲破坏。因而定量地、较精确地分析起重臂的局部稳定性，显得非常重要。目前，这方面的研究已取得了一些成果。文献[1~3]利用有限元方法，并借助于ANSYS软件，求得了起重臂的临界屈曲应力值。并通过试验验证了计算结果值，表明其分析方法较为可靠。但是，在起重臂局部稳定性计算中，分析过程较为复杂，这对一般的工程设计人员来讲，应用此方法来解决实际问题可能较为困难，因此，有必要将此分析过程进行二次开发，以方便一般的设计人员使用，从而获得其分析结果。 1二次开发方案 考虑到ANSYS为国际知名的分析软件，且在国内企事业单位的普及率高，因而，其二次开发仍基于ANSYS环境。ANSYS软件本身提供了参数化设计语言，即APDL（ANSYSParametric Design Language），利用此语言就可以对ANSYS分析过程作二次开发。 APDL是一种可用来自动完成参数化有限元分析全过程的脚本语言。它提供一般程序语言的功能，如：参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS数据库等，另外还提供简单界面定制功能，实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行应用程序等。起重臂局部稳定性有限元分析过程为：参数化建模、加载、约束施加、预应力的静应力分析、特征值屈曲分析以及优化求解等。现将这些分析过程利用APDL编写成一个个的宏文件，其中，在参数化建模时，由于需要给模型参数进行赋值，则可利用APDL的界面语句定制参数赋值界面并建立适当的消息机制。当所有宏文件都编好后，便可利用缩写功能在ANSYS工具条（Toolbar）上建立按钮，以实现起重臂局部稳定性分析流程的驱动和调用。 2二次开发过程 以随车起重机上的六边形起重臂为例，介绍其局部稳定性分析的二次开发过程。起重臂截面示意图如图1所示 。 图1六边形起重臂的截面 2.1实体建模及网格划分 由图1可见，可以通过图中的!、b、h及t参数来表示六边形起重臂截面形状。起重臂局 定性分析时，起重臂按板壳模型处理，取其中面建模，故截面参数为上述的前3个参数。另外，输入板厚参数。这样，建模时，仅需输入4个参数运用APDL的MULTIPRO命令构造1个四参示对话框来实现。其命令流如下： MULTIPRO,start,4!交互输入中面尺寸及板厚 *cset,1,3,Height,Height ofweb:,0 *cset,4,6,Width,Width ofbottomplate:,0 *cset,7,9,Alpha,Angle between bottomplate: *cset,10,12,Thickness,Thickness ofplate:,0 *cset,81,82,Enter the parameters of,mid- face and thickness！此对话框中的提示 MULTIPRO,end *IF,_BUTTON,EQ,1,THEN！如果选择Cancel按 /EOF！终止运行宏 *ENDIF L=Height！定义失稳半波长的初始值 建模及网格划分命令流为： /PREP7！参数化实体造型 K,1,0,0！创建关键点1 WPROTA,90-Alpha/2！旋转工作平面 CSYS,4！激活工作平面 K,2,Width,0！在工作平面内创建关键点2 WPROTA,-(90-Alpha/2) KWPAVE,2！工作平面移至关键点2 K,3,0,Height！在工作平面内创建关键点3 KWPAVE,3 WPROTA,(Alpha/2+90) K,4,Width,0 KWPAVE,4 WPROTA,(180-Alpha) K,5,Width