针对当前挖掘机动臂结构有限元分析方法中人工操作强度大、建模效率低等问题,研究基于Pro/TOOLKIT、APDL命令流和ANSYS的Batch工作模式的自动化动臂结构有限元分析运行机制,建立自动化动臂结构有限元分析系统体系结构,提出相应的有限元分析工作流程。结合具有双动臂液压缸的鹅颈式动臂结构

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作者：沈振辉杨拴强

摘要：针对当前挖掘机动臂结构有限元分析方法中人工操作强度大、建模效率低等问题，研究基于Pro/TOOLKIT、APDL命令流和ANSYS的Batch工作模式的自动化动臂结构有限

元分析运行机制，建立自动化动臂结构有限元分析系统体系结构，提出相应的有限元分析工

作流程。结合具有双动臂液压缸的鹅颈式动臂结构，开发人机界面友好的自动化动臂结构有

限元分析软件，验证自动化有限元分析方法的可行性及其在提高批量动臂结构有限元分析效

率方面的有效性。

Abstract： In allusion to the deficiencies existing in current structural finite element analysis of excavator boom such as the intense manipulation strength and the inefficiency of the modeling， the operation mechanism of automated structural finite element analysis of excavator boom is researched based on the Pro/TOOLKIT，APDL commands and the "Batch" operation mode of ANSYS. Then the architecture of the automated structural finite element analysis system of excavator boom is established and the work procedure of the finite element analysis is proposed. As the excavator boom with two boom cylinders is taken as an example， automated structural finite element analysis software of excavator boom is developed to demonstrate that the automated structural finite element analysis method is feasible with effectiveness in improving the batch structural finite element analysis modeling of excavator boom.

关键词：挖掘机；动臂；自动化；有限元分析

Key words： excavator；boom；automated；finite element analysis

中图分类号：TU621 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）30-0034-03

0 引言

动臂结构有限元分析是设计或优化动臂结构时评价结构性能的重要手段之一。针对当前

动臂结构优化过程频繁调用有限元软件求解结构应力所存在的优化效率低、耗时长问题，有

学者提出了利用黑箱模型预测动臂结构应力的方法[1][2]。但黑箱模型（如神经网络）的构

建离不开训练样本的获取。动臂结构复杂，直接进行有限元建模难度大、效率低。利用ANSYS

与Pro/Engineer的无缝数据接口[3][4][5]，通过人工频繁交互Pro/Engineer与ANSYS环

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1 系统体系结构与工作流程

1.1 自动化分析原理在研究VC++程序与ANSYS、Pro/Engineer环境之间集成方法的基

础上，提出自动化动臂结构有限元分析原理，如图1所示。

自动化动臂结构有限元分析的关键是实现动臂结构有限元分析参数设置、有限元分析模

型建立、求解及分析结果提取、保存等一系列动作的自动化运行。因此，引入基于APDL命

令流及Batch工作模式，通过VC++环境下的数据组织管理程序根据动臂结构参数以命令行

的形式后台运行ANSYS软件，载入APDL命令流进行有限元分析，并通过监控ANSYS运行时

所产生的动态数据库判断ANSYS分析结果的自动化分析方法。为解决ANSYS环境下直接进行