摘 要：为了校核加工车间二层运动平台框架在静止及加载启动时的结构强度与刚度，对整个运动平台建立有限元模型并进行加载分析，模拟真实状况下的运动平台结构响应。文章详细分析了运动平台的有限元模型建立方法、建模注意事项、加载步骤及有限元结果分析说明。经过实际应用证明，该结构强度可靠，运行平稳，极大的提高了产品的设计研发流程。
关键词：运动平台；ANSYS梁单元；建模；有限元分析；加载分析
0引言
加工车间二层运动平台框架主要用于车间内大型机械产品的焊接或装配等工作，平台的强度与刚度性能直接影响到作业人员的安全以及作业的精度，对整个结构进行强度与刚度分析是非常必要的，传统的解析法费时费力且不能模拟复杂真实的工作状况，参考价值较低。而采用先加工试验样机，再实验的方法，耗时耗力，成本较高。在此实际需求背景下，有限元分析方法应运而生，随着计算机技术的迅猛发展，该方法表现出极大的生命力。研发人员在建立有限元模型的基础上，施加实际载荷就能对复杂的现实问题进行有效模拟，所得的结果具有极大的参考价值。因此该方法越来越多的应用到机械研发设计领域，提高了设计研发的效率，降低了成本。
1．建立有限元模型
建立有限元分析模型是所有有限元计算的基础也是整个分析过程至关重要的步骤，在这其中如何对实际模型进行相应简化是其中的难点，模型简化的效果轻则影响局部分析的结果，重则对最终整体结果产生影响，最严重的情况可能导致分析结果的不收敛，另外，有限元网格质量的好坏会直接影响到分析的结果，通常来说，八节点六面体单元具有更高的分析精度，如何将怎样划分网格提前考虑到建模过程中，也是设计人员工作的难点。
有限元分析中常用的分析模型有二维平面模型与三维实体模型，其中当整体模型具有对称特征时，通常使用平面模型进行求解，可简化求解模型，提高求解速度，对于复杂的模型通常需对模型细节进行简化后，建立三维实体模型进行分析。本文涉及到的问题可以建立三维实体模型，也可以使用梁单元进行模型的建立，使用梁单元可提高建模效率，增加求解的速度及精度，另外本文分析过程使用APDL语言进行建模、加载及求解，便于进行分析文件的存储及交流。
为了便于计算，提高计算的效率，对加工车间二层运动平台框架整体框架模型进行了相应简化处理，简化处理之后的有限元模型如图1所示（本文采用梁单元）：
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图1简化后的有限元模型
使用梁单元建模时，仅需要在结构的两端点之间建立直线即可，进一步简化了建模难度，需要注意的是，使用梁单元时注意截面方向，对于矩形梁来说，截面不同对应的力学系数（如抗弯截面系数）是不同的，所以要建立正确的截面方向确定节点。
2．加载及求解
工况一，在顶部四个支撑点施加完全约束，对整个模型施加重力加速度（此处注意ANSYS中重力载荷施加方向），并在移动平台底部受力面施加500kg的均布载荷作用，以此来模拟运动平台在满载静止情况，得到的有限元分析结果如图2、3所示：
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图3平台内部作用500kg及重力作用下实际位移云图
通过以上分析可知，模型最大位移为0.49mm，表明运动平台强度及刚度再次工况下满足使用要求，可以平稳运行。
工况二，在工况一的基础上水平方向上施加一加速度（0.5米每二次方秒），模拟运动平台带负载启动加速时，整个框架结构的变形情况。在加速度、重力及初始载荷的共同作用下，模型的最大位移为0.534mm, 表明运动平台强度及刚度再次工况下满足使用要求，可以平稳运行。
工况三，在顶部四个支撑点施加约束，对整个模型施加重力加速度，并在伸出平台上表面施加500kg的均布载荷作用，模拟工作人员全部站在伸出平台前端的极限状态，在加速度与重力及初始载荷的共同作用下，模型的最大位移为0.977mm，表明运动平台强度及刚度再次工况下满足使用要求，可以平稳运行。
3．结论
本文使用ANSYS-APDL语言，利用三维梁单元建立运动平台的有限元模型，并进行加载分析，分析了运动平台的强度与刚度，并详细说明了建模过程中可能遇到的问题及解决方法，为加工制造提供了理论依据，缩短了研发设计周期，提高了设计效率。
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