1.2 国内外相关技术现状
索道运输具有其他运输方式无法代替的优点，能适应复杂的地形和环境进行运输，因而对于索道运输的研究分析便显得尤为重要，如果在这边面有大的进展，那么在工程上就能提高效率，缩短工期，保证工程质量，最为重要的是更加安全可靠。由此可见，索道的分析对于运输业的发展有着很大的联系，分析的结果能更好地指导我们解决具体的实际问题，大大提高了进一步改造和设计索道的可行性。 1.2.1 国内相关技术现状
目前，我国货运索道有限元分析技术主要取得如下进展。
例如关于索道塔架的有限元分析计算（王宇，等，2011），以ANSYS软件为平台，结合某货运索道塔架的模型，进行静力结构的有限元分析，成功对实际问题进行简化，并取得与实际情况相符的分析结果，进一步验证了建模的可靠性与分析的实用性。此外，索道抱索器的有限元设计分析（杨义勇，等，2006），通过分析索道抱索器的功能原理，运用CAD技术和有限元法开发出国产化的脱挂抱索器，并设计、制造了一整套试验装置，提出生产与质量检验依据，提高了索道运输的性能。在链索的有限元研究中，采用了多体动力学的思想和研究方法（郭忠，2011），进一步细化了对链索模型的分析研究，丰富了链索模型分析的理论，使得有限元分析方法在索道系统的研究中越来越广泛。大多数分析是集中于对索道安全性的考虑，因为索道承重大，而且结构复杂，对应于我国地形复杂的具体情况而言，对于不同的地理环境索道建设又有着特定的要求，这使得索道的分析和研究显得不容易。运用有限元软件对链式索道进行分析，是索道分析的主要方法和有效途径。我国目前在索道的有限元分析上主要是在索道结构方面的分析和相关的动力学分析，如索道受力情况的分析，受到风载荷等外界影响下结构的变化情况等来进行模拟分析。
1.2.2 国外相关技术现状
近年来，由于很多工程项目的需要，国外货运索道有了较大的进展。石油的短缺以及在复杂地形内新矿床的开发，索道在国外已普遍受到重视。目前，国外货运索道已有了较大进展。
国外关于链式索道系统的研究表明索道系统的构成是及其复杂的，由于链式驱动链存在张力，驱动链被设定为一个非弹性系统，驱动链的张力是控制链式索道系统扭力和滑轮组推力的最关键因素（Joseph Mwape Chileshe，2012），对驱动方式进行改进，研制
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出一种具有两个单独驱动轮的驱动机，钢绳在驱动轮上的围包角达到3π，相似于胶带物送机的双滚筒驱动原理。该驱动装置克服了旧式双槽驱动轮的缺点，即因两绳槽直径不均所造成的槽衬早期磨损。故在分析索道的过程中，链索的张力被视为重要的研究因素。由于在很多工程中都涉及链索的振动问题，故对链索系统在轴向运动过程中的横向振动作出研究，并对振动过程的线性与非线性行为进行了有限元分析（Li-Qun Chen, et al,2005），对现有链索模型的简化和对实际情况的模拟，如风载荷等因素影响的仿真始终是研究的方向。
由于不断革新设备，索道安全性和运行的可靠性得到提高（R.V.Petrova , et al,2007）。 而索道可靠性的普遍提高，使得索道的使用寿命得到延长，不断地向着索道安全性、经济性、实用性的方向发展。 1.3 主要工作
本文的主要研究内容如下：
（1）熟悉货运索道的系统特性，利用三维软件PRO/E进行索道的简要建模，提取出用于ANSYS Workbench 14.0分析用的有限元模型。
（2）将所建立的链索导入到有限元分析软件ANSYS Workbench 14.0中进行静力分析，选择单元类型，材料属性，划分网格，施加荷载和边界条件，并进行有限元求解，了解链索基本受力特性。
（3）利用ANSYS Workbench 14.0的模态分析模块Modal，对链索模型进行含有预应力的模态分析，提取模态特性，了解索道系统的固有频率和振型，为后面的动力学分析提供依据。
（4）用瞬态动力学模块Transient Structural对链索模型进行动力学分析，了解其振动特性和张紧力特性，并通过后处理模块进行相关信息的提取和分析，建立振动特性、张紧力特性的图线，总结振动和张紧力的变化规律。
2 链索的静力分析
2.1 链索系统的模型创建
在PRO/E软件中利用零件和组件模块取索道的一段建立如下模型：（丁淑辉，2008）
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图3 链索系统一段的三维模型
模型的相关参数如下：
由于圆环是通过PRO/E的扫描命令建立而成，故扫描轨迹线的尺寸如右图所示，
DAB?6mm , CD?18mm,扫描截面是圆形，直径为D截=6mm
图4 圆环的扫描轨迹线
2.2 链索的有限元静力分析
所谓静力分析，就是模型受到静态载荷的作用，惯性和阻尼可以忽略，在静态载荷作用下，结构处于静力平衡状态，此时必须对模型进行充分的约束。
由经典力学理论可知，物体的动力学通用方程是：
????? ?M??xx???C?????x??? t (1) ?K??F(1)式中，?x?是位移矢量；?M?是质量矩阵；?C?是阻尼矩阵；?K?是刚度矩阵；?F?t??是力矢量；?x??是速度矢量；?x???是加速度矢量。
而现行的模型中，与时间t相关的量都将被忽略，于是上式简化为
?K??x???F?t?? (2)
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链索的有限元静力分析过程如下（倪栋，等，2003）： (1)建立有限元模型。
(2)设置材料，划分网格，施加载荷和设置边界条件并求解。 (3)结果分析并求解。
具体的分析过程如下所示：
1）导入PRO/E模型。由于ANSYS Workbench 14.0软件能与大多数CAD软件实现数据共享和交换，利用ANSYS Workbench 14.0与PRO/E软件的接口程序将PRO/E建立的链索模型导入到ANSYS Workbench 14.0中（黄志新，等，2013）。过程如下：
方法一：选择PRO/E菜单栏中的ANSYS 14.0，在下拉菜单中选择Workbench，将PRO/E模型导入到ANSYS Workbench 14.0中，建立有限元分析模型；
方法二：将PRO/E建立的装配体文件保存为.igs格式，在ANSYS Workbench 14.0中通过工具箱Toolbox→Component System中的Geometry的模块导入.igs格式的文件，进入DesignModeler中用Generate命令建立有限元分析模型。
通过上述的方法，在ANSYS Workbench 14.0中导入的模型如下图5所示，并创建分析项目A：
图5 链索在DesignModeler中的显示
2）共享模型数据。由于要进行静力分析，故选择ANSYS Workbench 14.0软件 Toolbox中的静力分析模块Static Structural，创建分析项目B, 并拖动项目B到项目A的Geometry中，这样便能在静力分析中共享Geometry中的数据，如图6所示：
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图6 A与B数据关联
3)设置材料。在项目B的Engineering Data中右击选择Engineering Data Source进入ANSYS Workbench 14.0材料库，选择材料为Structural Steel，在Properties中设置材料的主要属性，密度Density为7850kg/m3，杨氏模量Young’s Modulus为2E+11Pa，泊松比Poisson’s Ratio为0.3。
4)划分网格。采取自由网格划分的方法进行网格划分，Element Size选为Default, Relevance Center选为Coarse，划分结果如图7所示：
图7 链索的网格划分
5）设置载荷、约束和边界条件，求解。为了研究最一般的静力效应，在链环的两端施加displacement的约束，并将x，y，z方向的平动自由度加以约束，即将x component，y component，z component设置为0（ramped），在链环中间添加一个-y方向的力，模拟重物吊在环上的力，设作用在链环中间力的大小为50N，再给模型施加重力来解算静态时的变形受力情况。由于重力属于惯性载荷，而惯性载荷（Inertial）是通过施加加速度
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