第30卷第4期2009年8月大连交通大学学报JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYVol.30No.4Aug.2009文章编号:167329590(2009)0420013205基于APDL高速铝合金车体参数化建模张军1,兆文忠1,李永华2,王悦东1,王剑1(1.大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;2.大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028)3摘要:基于ANSYS的参数化编程语言APDL,以车体主要板厚度、车体高度、长度、窗体参数等主要结构尺寸为参数,采用模块化设计理念,建立了高速铝合金车底架、侧墙、顶板、端墙等参数化几何模型和有限元模型,并组合成整体模型.本研究可通过简单的改变参数产生不同的车体几何模型和不同网格密度的有限元模型,以适应不同问题数值仿真的要求,并为对车体的优化设计打下基础.研究表明,铝合金车体的参数化建模极大的提高了建模的效率和精度,可简单改变参数得到不同模型以适应不同问题的要求.关键词:参数化建模;APDL;铝合金车体;底架;侧墙中图分类号:U270.6文献标识码:A0引言高速动车组车体、城轨车辆为减重的需要,已广泛应用铝合金型材[1].铝合金的特点是重量轻、强度好、易于设计制造,尤其铝合金型材特别适合高速车体模块化设计制造的理念[2].为提高设计制造效率,高速轨道车体的设计制造已广泛应用模块化设计制造的理念,即在车体总体设计的基础上,单独设计制造车体底架、侧墙、顶板、端墙等模块,然后各模块焊接一起形成总车体.在车体的设计研究中,要对车体进行广泛的数值仿真及优化设计等研究工作,如车体强度、振动与噪声、车辆动力学、车体气密性等,在此基础上还要对车体进行优化设计研究,以使车体的性能最佳.不同的数值仿真需要适合其特点的有限元模型,如强度计算要求相对较密的有限元网格,噪声研究中要求相对稀疏的有限元网格.性能仿真的关键在于建模[3],不同性质的数值仿真中,需要重复建模,重复建模是对同一车体进行不同性质数值仿真研究中主要工作量之一,而参数化模型可通过简单修改结构几何参数和有限元模型参数产生适合不同问题的模型,避免重复建模[425].而且在优化设计究中,若以车体结构尺寸为参数,每一迭代优化过程中需要重构车体几何模型和有限元模型,所以这种优化设计需要以车体的参数化模型为基础.无论是避免重复建模还是要对车体进行优化设计,参数化模型都是必需的.本文基于ANSYS的APDL研究了高速铝合金车体的参数化建模,以车体主要结构尺寸、有限元模型尺寸为参数,建立了参数化车体底架、侧墙、顶板、端墙,并组合成整体车体,总结了铝合金型材车体参数化建模的步骤、建模经验,给出了底架、侧墙等模块模型及车体总体模型.参数化模块化的模型建立适应了模块化制造的理念,可多人并行同时进行,提高了设计效率,避免了重复建模并为优化设计打下基础.1ANSYS的APDL参数化建模APDL是ANSYSParametricDesignLanguage的缩写[6],即ANSYS参数化设计语言,它是一种类似FORTRAN的解释性语言,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有限元数据库等,另外还具有界面定制功能,实现参数交互输入、信息反馈、界面驱动和运行其它应用程序的功能.利用APDL3收稿日期:2009201203基金项目:辽宁省教育厅高等学校科技计划资助项目(2008102)作者简介:张军(1964-),男,副教授,博士,主要从事车辆动力学、振动与声学优化设计的研究E2mail:ZHJ@djtu.edu.cn.14大连交通大学学报第30卷程序语言与宏技术组织管理ANSYS的有限元分析命令,就可以实现参数化建模、施加参数化载荷与求解、参数化后处理等功能,从而实现参数化有限元分析的全过程.在参数化分析过程中,可以简单地修改参数,达到反复分析各种尺寸、不同载荷大小的多种设计方案,极大地提高分析效率,减少分析成本.同时,以APDL为基础,用户可以开发专用有限元分析程序,或者编写经常反复使用的功能小程序,如特殊载荷施加的宏文件、按规范进行强度效核的宏文件等.另外,APDL也是ANSYS实现结构优化设计的基础,只有创建了参数化的分析流程才能对其中的设计参数执行优化设计,达到结构最优化的设计目标.总之,APDL扩展了传统有限元分析之外的能力,提供了建立标准零件库、序列化分析、设计修改、优化设计等高级功能.2模块化铝合金...
