摘要：本文綜述了以北京航空制造工程研究所為技術(shù)依托單位的BQCIMS工程的整體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，包括：工程背景與需求，基于ANSYS/APDL平臺的結(jié)構(gòu)模型參數(shù)化技術(shù)，整體結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)分析與自動化分析流程。最后，整體結(jié)構(gòu)分析在汽車起重機(jī)與礦用重型汽車設(shè)計(jì)中的成功應(yīng)用，證明了這種技術(shù)的實(shí)用性。

1 工程背景與需求

以北京航空制造工程研究所為技術(shù)依托單位的北京起重機(jī)器廠CIMS 工程(簡稱BQCIMS工程)，是國家863CIMS工程資助的北京市信息技術(shù)推廣示范項(xiàng)目之一。其中，汽車起重機(jī)與礦用重型汽車設(shè)計(jì)中的工程分析是該項(xiàng)目的核心創(chuàng)新技術(shù)與提高企業(yè)市場快速反映能力的重要手段。北京航空制造工程研究所推廣應(yīng)用航空結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的先進(jìn)分析技術(shù)與方法[1]，以國際上先進(jìn)的工程分析平臺—ANSYS系統(tǒng)[2]為基礎(chǔ)，與北京起重機(jī)器廠的工程師們緊密合作，利用ANSYS/APDL語言進(jìn)行二次開發(fā)，建立了適應(yīng)汽車起重機(jī)[3]與礦用重型汽車[4]設(shè)計(jì)的整體結(jié)構(gòu)工程分析方法。

汽車起重機(jī)與礦用重型汽車，作為一類“大力神”產(chǎn)品，具有其特殊的作業(yè)環(huán)境，要求良好的力學(xué)性能，包括剛度、應(yīng)力水平、變形、抗干擾性能等。對于工程設(shè)計(jì)人員來說，零件、結(jié)構(gòu)件及整機(jī)的力學(xué)性能如何？會不會因強(qiáng)度不夠造成破壞事故？這些都是他們必須關(guān)心和回答的問題。

對于結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)來說，一般地說，它是零部件的組合設(shè)計(jì)。汽車起重機(jī)的主要承力結(jié)構(gòu)件是吊臂、轉(zhuǎn)臺、車架。礦用重型汽車的主要承力骨架是整體車架，它又是許多結(jié)構(gòu)件的組合，包括支撐架、前車架、中車架、尾架及若干子構(gòu)件。結(jié)構(gòu)件有限元分析是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性分析。最基本的分析是進(jìn)行線性應(yīng)力分析；對于有些結(jié)構(gòu)件，例如吊臂與車架，還要進(jìn)行穩(wěn)定性分析，研究結(jié)構(gòu)件失穩(wěn)(屈曲)的條件。

對于整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來說，整體分析是工程師面臨的最直接、最重要的問題。汽車起重機(jī)整機(jī)分析的對象包括若干個受力結(jié)構(gòu)件和機(jī)構(gòu)( 回轉(zhuǎn)、變幅、伸縮、起升等)；最危險的工況是起重作業(yè)工況，力的傳遞路線是：重物?吊臂?變幅油缸支撐?高架轉(zhuǎn)臺?回轉(zhuǎn)支撐?底架?支腿?垂直油缸?地面；礦用重型汽車的傳力路線實(shí)際上包括了整車的各嚴(yán)重工況(靜滿載、舉升、剎車、轉(zhuǎn)彎)。因此，整體分析往往非常復(fù)雜。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中要求較快地預(yù)測整體結(jié)構(gòu)在不同工況(特別是嚴(yán)重工況)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平與變形，以便完善與優(yōu)化總體設(shè)計(jì)，變?yōu)樽罴逼榷蛛y以實(shí)現(xiàn)的事情。

針對整體分析這一難點(diǎn)問題，本文論述的基于 ANSYS/APDL平臺二次開發(fā)的整體結(jié)構(gòu)分析技術(shù)，利用APDL語言的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)模型的參數(shù)化，采用子結(jié)構(gòu)分析的技術(shù)策略，實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的剖分與結(jié)構(gòu)件分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的變換與組裝，最終完成整體結(jié)構(gòu)分析。這種技術(shù)策略在汽車起重機(jī)與礦用重型汽車的成功應(yīng)用說明了它的優(yōu)越性。