楊勝， 劉淑芬， 白恒

（遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧 錦州121001）

0 引 言

對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就要能對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)與分析。傳統(tǒng)的做法是根據(jù)理論公式和經(jīng)驗(yàn)完成預(yù)測(cè)和分析。隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算輔助技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)人員可以借助先進(jìn)的有限元分析技術(shù)完成這一工作。有限元分析軟件有多種，ANSYS就是其中最典型的代表之一。ANSYS應(yīng)用廣泛，能有效地解決如結(jié)構(gòu)、電磁、熱、流體等不同方面的問(wèn)題［1］。

通過(guò)ANSYS分析，能夠知道所求結(jié)果是否滿足設(shè)計(jì)需要。假如結(jié)果表明有必要修改，那么就必須改變模型的幾何結(jié)構(gòu)或載荷重新進(jìn)行分析。特別是當(dāng)模型復(fù)雜時(shí)，這個(gè)過(guò)程可能浪費(fèi)更多時(shí)間。這時(shí)將參數(shù)化的思想融入其中，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的調(diào)整，參數(shù)化建模與分析會(huì)大大提高分析效率。尤其是針對(duì)系列化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，文中就采用APDL語(yǔ)言進(jìn)行參數(shù)化建模給出了詳細(xì)范例。

1 ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析中所用的幾何模型可以采用ANSYS系統(tǒng)自身提供的幾何建模命令直接創(chuàng)建，也可以將其他CAD軟件（如Pro/E、SolidWorks等）建立的幾何模型導(dǎo)入ANSYS軟件中。導(dǎo)入模型這種方法不適合循環(huán)重復(fù)性的分析，而APDL（ANSYS Parametric Design Language）進(jìn)行參數(shù)化建模可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題，從而大大提高分析效率，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期［2］。

APDL是一種解釋性語(yǔ)言，可以用于根據(jù)參數(shù)來(lái)建模，完成一些通用性強(qiáng)的任務(wù)或?qū)Ｓ贸绦?，是ANSYS最基礎(chǔ)的分析工具［3］。ANSYS的操作運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生命令流，但是這種GUI方式產(chǎn)生的命令流繁瑣、可讀性差。而通過(guò)APDL語(yǔ)言人工編寫(xiě)的命令流就沒(méi)有這些問(wèn)題。還可以把大量的命令存儲(chǔ)在一個(gè)宏文件中，然后在ANSYS的命令窗口輸入宏的名字就能將宏文件中的所有命令輸入到ANSYS系統(tǒng)中。既然要進(jìn)行參數(shù)化建模，就要有參數(shù)值的輸入界面。APDL在進(jìn)行界面的訂制時(shí)，包括單參數(shù)的輸入界面和多參數(shù)的輸入界面［3］。下面以帶孔斜板（如圖1所示）為例，分別論述兩種輸入界面下如何運(yùn)用APDL語(yǔ)言完成其參數(shù)化建模方法和過(guò)程。

圖1 帶孔斜板

1.1 APDL的單參數(shù)輸入

單參數(shù)輸入指的是一次只能定義一個(gè)參數(shù)，輸入宏命令后ANSYS系統(tǒng)會(huì)彈出一個(gè)提示輸入變量參數(shù)的對(duì)話框（如圖2所示），在該界面的文本框中用戶可以輸入具體參數(shù)值，點(diǎn)擊“OK”按鈕，就能完成這一個(gè)參數(shù)的定義。若用戶疏忽沒(méi)有輸入數(shù)值就點(diǎn)擊按鈕，則輸入的是默認(rèn)值。由于一次只能定義一個(gè)參數(shù)，要是定義多個(gè)參數(shù)，就要逐次逐個(gè)地輸入全部參數(shù)，最終完成整體的建模過(guò)程。

按照單參數(shù)界面輸入方法，通過(guò)APDL的命令流來(lái)完成圖1所示斜板零件的創(chuàng)建。圖3和圖4是采用該方法創(chuàng)建的零件模型，其幾何參數(shù)分別與表1中給出的參數(shù)值對(duì)應(yīng)，整個(gè)建模過(guò)程命令流程序如下：

圖2 單參數(shù)輸入對(duì)話框

表1 兩組模型參數(shù)

!模型結(jié)構(gòu)參數(shù)的定義

*ask,a,length of the floor,200!定義第一個(gè)參數(shù)底板長(zhǎng)度a

圖3 模型A

圖4 模型B

*ask,b,width of the floor,100 !定義第二個(gè)參數(shù)底板寬度b

……

!模型的建模過(guò)程

/prep7

block,0,a,0,b,0,c rectng,0,l,0,b

cyl4,a/2,b/2,0,0,r2,360,c voffst,4,c,,

vsbv,1,2 vadd,1,4

afillt,3,5,r1 cyl4,l/2,b/2,0,0,r2,360,c

afillt,4,7,r1 afillt,12,19,r1

vsba,3,5 afillt,21,11,r1

vsba,2,2 vsba,2,17

vdele,1,,,1 vsba,4,13

vdele,3,,,1 vdele,2,,,1

wpoffs,a vdele,3,,,1

wprota,0,0,-o vsbv,5,1

finish

1.2 APDL的多參數(shù)輸入

在實(shí)際的工作中，參數(shù)一般都是不唯一的，用上面的單參數(shù)定義方法雖然很簡(jiǎn)單，但是操作起來(lái)很繁瑣，用戶不能在同一個(gè)界面中看到要定義的所有參數(shù)，不能做到對(duì)所有參數(shù)的整體把握。因此，有必要考慮把多個(gè)參數(shù)在一個(gè)界面里輸入，簡(jiǎn)化操作過(guò)程，使用戶看起來(lái)一目了然。

多參數(shù)輸入和單參數(shù)輸入的原理是一樣的，在ANSYS的命令窗口輸入宏文件名，就會(huì)彈出多參數(shù)的輸入對(duì)話框 （如圖5所示），按照對(duì)話框的提示輸入?yún)?shù)值，點(diǎn)擊“OK”按鈕完成模型創(chuàng)建。參考表1數(shù)值能夠創(chuàng)建出和圖3、圖4一致的模型。

命令流程序如下：

圖5 多參數(shù)輸入對(duì)話框

multipro,'start',3 !多參數(shù)輸入對(duì)話框的定義

*cset,1,3,a,'length of the floor',200 !定義第一個(gè)參數(shù)

……

*cset,61,62,'enter the attributes of model'

/prep7 ！建模過(guò)程

…… ！與前述單參數(shù)輸入的建模方法相同

finish

2 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)帶孔斜板單參數(shù)界面和多參數(shù)界面的訂制，闡述了APDL語(yǔ)言的參數(shù)化建模方法，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單的ANSYS二次開(kāi)發(fā)。靈活運(yùn)用APDL語(yǔ)言的參數(shù)化功能，可以提高有限元分析分析效率，可以處理一些傳統(tǒng)方法中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的分析，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期。

［1］ 張建偉，白海波，李昕.ANSYS14.0超級(jí)學(xué)習(xí)手冊(cè)［M］.北京：人民郵電出版社，2013

［2］ 師訪.ANSYS二次開(kāi)發(fā)及應(yīng)用實(shí)例詳解［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

［3］ 曾攀，雷麗萍，方鋼.基于ANSYS平臺(tái)有限元分析手冊(cè)--結(jié)構(gòu)的建模與分析［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.