基于ANSYS二次开发技术的液压支架立柱设计与优化

摘要

液压支架是以高压液体作为动力，由液压元件与金属构件组成的支护和控制顶板的矿山设备，能实现支撑、切顶、移架和推移输送机等一整套工序。立柱是液压支架重要的承压部件，在支架正常工作时，一直处于高压受力状态，它的工作性能直接影响整个支架的工作状态。而立柱的系列化结构特点，开发专用的立柱有限元分析系统，可以避免大量的重复操作，对提高液压支架的设计与优化质量和效率具有重要的意义。
　　ANSYS是当今世界上常用的有限元分析软件之一，具有强大的有限元分析功能，广泛应用于结构分析。ANSYS具有良好的开放性，提供参数化程序设计语言APDL、用户界面设计语言UIDL和用户程序特性UPFS等二次开发功能。
　　本文对液压支架和ANSYS有限元分析及其二次开发的国内外研究现状进行了分析。以某液压支架立柱为研究对象，运用理论力学原理对立柱进行力学计算，计算出了立柱各段挠度、转角、弯矩和最大弯矩，并进行了强度校核。运用了ANSYS的参数化程序设计语言APDL，开发了立柱参数化有限元分析系统。建立了模板分析过程，给出了对应的log文件，引入参数化变量，运用APDL的判断和循环等流程控制命令，实现了立柱分析系统的参数化设计。运用ANSYS的用户界面设计语言UIDL，开发了专用于液压支架立柱的设计系统，并实现了ANSYS软件的部分汉化。该设计系统具有输入参数简单明了的特点，通过ANSYS对UIDL控制文件的调用，以及对菜单控制文件和对话框控制文件的编辑，实现了立柱分析系统的界面模块设计。采用APDL有限元优化技术对立柱进行了结构优化，通过分析结果，在保证应力和位移的约束条件下，立柱总体积可减少32.5％，整体优化结果明显，节约了原材料。
　　综上所述，通过立柱参数化有限元分析系统、设计系统和有限元优化技术等，提供了一套液压支架立柱设计与优化的整体解决方案，为液压支架等矿山机械实现设计自动化提供了有力支持。

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Contents

1 绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题目的与意义

1.3 相关技术的研究现状

1.4 论文的主要研究内容与组织结构

2 液压支架立柱静力学分析

2.1 立柱的型式

2.2 液压支架及其立柱主要参数的选取

2.3 液压支架立柱强度计算

2.4 本章小结

3 基于ANSYS的液压支架立柱参数化设计

3.1 有限元基本原理

3.2 ANSYS软件及二次开发简介

3.3 基于APDL的立柱参数化设计与实现

3.4 计算结果分析

3.5 本章小结

4 基于ANSYS的液压支架立柱设计系统

4.1 用户界面设计语言

4.2 基于立柱有限元分析的用户界面设计

4.3 基于立柱有限元分析专用模块的实现

4.4 本章小结

5 基于ANSYS的液压支架立柱优化设计

5.1 优化设计简介

5.2 基于APDL的优化设计技术

5.3 液压支架立柱优化设计

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科研与发表的论文情况

1）参加的科研项目及获奖情况

2）发表的学术论文