文档介绍：2004 ANSYS 中台的二次开发技术及其工程应用
岳中第刘彬高光波
北京航空制造工程研究所, 100024

[ 摘要] 综合若干工程应用范例,基于 ANSYS/APDL 平台的二次开发,建立了实用的工程分析技术,包
括:需求分析,模型参数化,子结构技术,整体分析的自动化流程等。成功的实践表明了这种
技术途径的可行性与有效性。

1 前言
以有限元分析方法为基础的计算力学经历了由简单到复杂、由线性到非线性分析的发
展过程。结构分析要解决的实际工程问题,早已不是一个简单的零件或结构件,而是多个复
杂结构件的组合结构,或整个产品的大型复杂问题。ANSYS 作为国际上最为知名的通用有
限元分析系统之一,在我国许多行业获得了成功的工程应用。近十年来,在北京航空制造工
程研究所,我们基于 ANSYS 平台进行的二次开发,先后解决了搬运行业汽车起重机的三大
结构件及其整体分析[1],矿用重型汽车(4X2)的整体车架结构分析[2],车用天然气铝胆
复合材料气瓶的整体分析[3],以及即将完成的 6X6 载重越野汽车的车载平台静特性分析等。
随着对 ANSYS 工程应用的深入,我们也摸索到如何基于 ANSYS 平台进行二次开发更为有效。
我国正在成为一个“世界制造工厂”,引来八方客商。先进的数字化制造技术,正在成为人
们的日常语言。但是,这并不意味着:我国也是先进制造专利技术的大国。我们制造了许多
产品,但都是引进发达国家的图纸或生产线;我们甚至不惜花巨资引进全部专利技术,但没
有来得及消化,产品已经换代或升级。我们的实践表明,采用像 ANSYS 这样的先进分析手
段,能够使我们更快地消化已经引进专利的设计技术与制造方面的绝巧(Know-how)。

2 结构模型参数化技术
参数化的需求分析
产品的系列化、标准化,从数字化设计来说,最根本的事情是建立产品结构的参数化模
型。作为结构设计的局部分析,必须引进局部的边界条件,以建立理想化的局部分析模型。
但是,从结构的总体分析来看,局部的边界条件往往使结构的实际传力状况发生扭曲,结构
件之间的弹性连接变为了刚性连接,无法正确反映结构件之间的实际连接关系。利用结构件
的这种局部分析结果评估结构整体承载作用力后的结果,往往导致较大的误差。因此,结构
件分析不能替代整体分析,成为设计人员的共识;在工程设计中,整体结构分析由于规模大、
难度高,往往成为十分迫切与关键的瓶颈问题。但是,今天大容量、高速度计算机技术的发
展使整体分析变为十分现实的问题,飞机的整体分析[4],起重机及汽车的整体结构分析,
都是这类结构分析的典型例子。
汽车起重机、矿用重型汽车、越野载重汽车,作为一类“大力神”产品,具有其特殊的
作业环境,要求良好的力学性能,包括刚度、应力水平、变形、抗干扰性能等。对于工程设
计人员来说,零件、结构件及整机的力学性能如何?会不会因强度不够造成破坏事故?这些
都是他们必须关心和回答的问题。汽车起重机的主要承力结构件是吊臂、转台、车架。矿用
重型汽车、越野载重汽车的主要承力骨架是整体车架,它们又是许多结构件的组合,包括支
撑架、前车架、中车架、尾架及若干子构件。结构件有限元分析往