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ansysworkbench基础入门与工程实践 ansys workbench模块介绍

张 鹏 肖汉斌 祝 锋 刘 敏武汉理工大学物流工程学院 武汉 430063
摘 要：针对传统四连杆门座起重机设计分析中的大量相似性建模和校核再设计步骤使其设计效率低下的问题 ， 提出了一种基于Ansys Workbench 二次开发的门座起重机参数化设计方法 。该方法基于Ansys Workbench 软件 ， VB.NET 语言和APDL 参数化设计语言 ， 实现了输入指定参数即可实现门座起重机的自动建模和有限元分析功能 ， 加快了信息交汇速度 ， 缩短了校核再设计过程 ， 提高了起重机设计效率 。关键词：门座起重机；Ansys Workbench；二次开发；参数化设计中图分类号：TH213.4 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2020）01-0084-04
0 引言Ansys Workbench 有限元分析软件是Ansys 软件的新一代产品 ， 可用来求解静力学、动力学、流体、电磁场等问题[1] ， 其标准分析过程包括建立分析模型并施加边界条件、求解计算和结果分析等[2] 。目前 ， 为缩短产品开发周期、缩减研发费用 ， 大多数起重机厂及零部件厂在研发过程中均广泛使用有限元分析软件 。
传统门座起重机设计方案是利用CAD 系统对产品进行三维实体建模 ， 再将模型导入到CAE 系统中进行有限元分析 ， 得出所需的分析结果[3] 。基于该分析结果 ， 对起重机结构进行再次优化设计和有限元校核 ， 如此反复直至达到设计要求 。在该过程中 ， 软件CAD 与CAE之间的信息交汇不仅耗时 ， 还可能出错 ， 致使设计效率大幅降低 ， 从而延长产品设计周期 。针对结构形式相同 ， 相关尺寸不同的门座起重机参数化建模及结构分析问题[4] ， 本文提出参数化设计方法 ， 采用了VB.NET 语言对Ansys Workbench 进行二次开发 ， 利用APDL 语言进行参数化编程 ， 构建交互式、参数式设计分析界面 ， 实现快速建模及有限元分析验算 。整个建模分析过程简便 ， 易操作 ， 对开发人员专业水平要求较低 ， 可提高设计效率 ， 缩短研发周期[5] 。
1 Ansys Workbench 二次开发
1.1 二次开发语言选择
Visual Basic.NET 是基于微软.NET Framework 之上 ， 可视化、完全面向对象的编程语言 ， 习惯称之为VB.NET 语言[6] 。与VB 相比 ， VB.NET 具有真正面向对象的程序设计、软件集成开发、事件驱动功能、数据库访问功能、结构化程序语言设计、支持对象的链接与嵌入及动态交换与链接等功能特点 。基于这些优点 ， VB.NET 受到了很多程序设计者的青睐 ， 其中就包括利用VB.NET 对Ansys Workbench 进行二次开发 。
1.2 APDL 参数化设计语言APDL（Ansys Parametric Design Language） 主要用于有限元分析的参数化设计过程中 ， 亦即Ansys 参数化设计语言[7] 。APDL 语言是用来自动完成某些功能或建模的一种脚本语言, 它是对Ansys 及其附属产品如Ansys Workbench 进行定制和二次开发的基础 。APDL语言可用参数而不是数字来输入模型尺寸、材料参数等 ， 通过修改参数的值便可得到同类型不同型号产品的有限元分析结果 ， 获得结果文件 。因此 ， 利用APDL 语言可以方便地实现模型的参数化 。
1.3 二次开发程序流程Ansys Workbench 可与CAD 系统无缝连接 ， 具有更加友好的Windows 风格用户界面和统一开发管理CAE 信息工作环境 ， 且用户定制功能更加优越 。AnsysWorkbench 具有很好的集成框架 ， 用户可利用完善的开发包对其进行二次开发 ， 能够实现用户利用其他编程软件对其内部函数进行调用的功能[8] 。
在Workbench 的CAD/CAE 协同环境下 ， 可实现设计、仿真和实验的协同开发 。门座起重机参数化设计与分析流程如图1 所示 ， 根据具体的产品需求输入相关参数 ， 运行VB.NET 程序调用Ansys Workbench ， 执行建模和分析程序 ， 得到分析结果；然后根据分析结果判定是否需要修改参数再次运行程序 ， 直至获得所要的结果 。

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文章插图
图1 门座起重机参数化设计与分析流程
1.4 门座起重机模型的简化和边界条件分析刚性四连杆门座起重机的结构复杂 ， 在建立有限元模型过程中若将所有因素都考虑进去势必会造成资源浪费 ， 导致产品设计的经济性和实用性大大降低 。为此 ， 在合理假设的基础上 ， 应对其进行结构简化 ， 使有限元模型应满足既有利于有限元分析 ， 又能较真实地反映实际工作状况的准则 。


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