ANSYS經典APDL編程

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在使用ANSYS的過程中的一些經驗總結:

 

1.ANSYS中的一些關鍵概念的理解;參數化程式設計語言(APDL) 參數化程式設計語言(APDL:ANSYS Parametric  Design  Language)實質上由類似於FORTRAN77的程式設計語言部分和1000多條ANS YS命令組成。其中,程式設計語言部分與其它程式設計語言一樣,具有參數、數組運算式、 函數、流程式控制制(迴圈與分支)、重複執行命令、縮寫、宏以及使用者程式等。標準的AN SYS程式運行是由1000多條命令驅動的,這些命令可以寫進程式設計語言編寫的程式,命 令的參數可以賦確定值,也可以通過運算式的結果或參數的方式進行賦值。從ANSYS命令 的功能上講,它們分別對應ANSYS分析過程中的定義幾何模型、劃分單元網格、材料定義 、添載入荷和邊界條件、控制和執行求解和後處理計算結果等指令。   使用者可以利用程式設計語言將ANSYS命令組織起來,編寫出參數化的使用者程式,從而 實現有限元分析的全過程,即建立參數化的CAD模型、參數化的網格劃分與控制、參數化 的材料定義、參數化的載荷和邊界條件定義、參數化的分析控制和求解以及參數化的後 處理。   宏是具有某種特殊功能的命令組合,實質上是參數化的使用者小程式,可以當作ANSY S的命令處理,可以有輸入參數或沒有輸入參數。   縮寫是某條命令或宏的替代名稱,它與被替代命令或宏存在一一對應的關係,在AN SYS中二者是完全等同的,但縮寫更符合使用者習慣,更易於記憶,減少敲擊鍵盤的次數。 ANSYS工具條就是一個很好的縮寫例子。 使用者介面設計語言(UIDL) 標準ANSYS互動圖形介面可以驅動ANSYS命令,提供命令的各類輸入參數介面和控制 開關,使用者在圖形驅動的層級上進行有限元分析,整個過程變得直觀輕鬆。使用者圖形界 面設計語言(UIDL)就是編寫或改造ANSYS圖形介面的專用設計語言,主要完成以下三種 圖形介面的設計: 主菜單系統及功能表項目 對話方塊和拾取對話方塊 協助系統   通過使用者介面設計語言(UIDL),使用者可以在擴充ANSYS功能的同時建立起對應的圖 形驅動介面,如在主菜單的某位置增加功能表項目,設計對應的對話方塊、拾取對話方塊,實現 參數的輸入和其它程式啟動並執行控制,同時提供相應的線上說明,使操作者能方便地擷取 系統協助。 使用者程式特性(UPFs) 使用者程式特性(UPFs)向使用者提供豐富的FORTRAN77使用者程式開發子程式和函數,用 戶利用它們從開發程式原始碼的層級上擴充ANSYS的功能。使用這些子程式和函數,編寫 使用者功能的原始碼程式,在與ANSYS版本要求匹配的FORTRAN或C++編譯器上重新編譯和連 接,產生使用者版本的ANSYS程式。另外,還提供了外部命令功能,允許使用者建立ANSYS可 以利用的共用庫。使用者可以開發下列方面的功能程式: 開發使用者子程式實現從ANSYS資料庫中提取資料或將資料寫入ANSYS資料庫。該種子程式 可以編譯串連到ANSYS中,此時ANSYS提供了10個資料庫操作命令;如果作為外部命令處 理,可以在ANSYS的任何模組中運行; 利用ANSYS提供的子程式定義各種類型的載荷,其中包括BF或BFE載荷、壓力載荷、對流 載荷、熱通量和電荷密度等; 利用ANSYS提供的子程式定義各種材料特性,包括塑性、蠕變、膨脹、粘塑性、超彈、層 單元失效準則等; 利用ANSYS提供的子程式定義新單元和調整節點方向矩陣; 利用ANSYS提供的子程式修改或控制ANSYS單元庫中的單元; 利用UEROP建立使用者最佳化程式; ANSYS程式作為子程式在使用者程式中調用。 ANSYS資料介面 ANSYS程式在分析過程中存在大量的設計分析資料,一部分在運行時置於電腦的內 存之中,一部分以檔案的形式存放在工作目錄中。除LOG檔案和出錯檔案等文字檔之外 ,其它檔案都是二進位檔案,分別以不同的格式進行寫入,如:資料庫檔案、結果檔案 、模態結果檔案、單元矩陣檔案、子結構矩陣檔案、對角化剛度矩陣檔案、縮減位移矩 陣檔案、縮減頻率矩陣檔案和完整的剛度-品質矩陣檔案等等。ANSYS資料介面詳細地闡 述每種二進位檔案的格式,然後介紹從這些資料檔案提取各種資料的子程式或函數,從 而實現對位元據的讀寫和修改。顯然,它滿足了使用者以下三種基本需要:檢查或觀 察過程資料或結果資料;通過修改ANSYS的資料檔案達到控制或修正計算;提取結果資料 進行分析處理。 ANSYS資料介面提供了兩條模型和資料庫資訊的轉換和傳遞命令,即CDREAD和CDWRI TE,前者將一個符合ANSYS讀入或寫出格式的模型和資料庫檔案資訊讀入到ANSYS資料庫 中,後者的作用正好相反。同時,為了減少轉換或傳遞的時間,提高效率,還提供重定 向自由度映射關係和其它資料庫代碼化的輔助命令,如/DFLAB、NBLOCK、EBLOCK、EN等 等。該功能大大提高了ANSYS與其它有限元程式之間的模型資料的傳遞和轉換,也實現了 ANSYS自身資料庫檔案代碼化後便於儲存或機器之間的傳遞。 ANSYS資料介面還闡述了圖形檔案的格式,協助使用者將ANSYS圖形檔案轉換成其它格 式,如AI等。 (1)幾何模型和有限元模型

       幾何模型是指模型的幾何資訊,在ANSYS中的體現就是關鍵點(keypoint),面(area),體(volume)等。        而有限元模型是指用於有限元計算的資訊,常常和關鍵點,面,體等混淆的是節點(node),單元(單元)。 真正的用於有限元計算的是節點和單元,而不是所謂的關鍵點(keypoint)等,關鍵點等是建立有限元模型時的幾何信 息而已。

 (2) 待續。。。2.APDL中的選擇命令總結

 

    在使用APDL編程的過程中,不管是幾何建模,還是網格剖分,求解,計算,後處理等,常見的模式就是選中相
應的對象,然後對對象施加一些ansys定義好的操作。相對來講最常用,最有技巧性的操作往往是選擇(select),選
擇點,線,面,體,節點,單元等施加操作的對象, 通常的選擇方式有:

       

<1>.  通過圖元的編號來進行選擇

    包括給定其具體的編號,或編號的序列(等差序列:其開始,結束,步長),在APDL中相應的命令中指定Vmax,Vmin等參數;

        常用的命令流有    *SEL,(其中*代表K,N A V E L等)

<2>.  通過依附關係(attached to)來選取

  ANSYS中的圖元是有關聯關係的,低維的對象是依附於高層次的對象的,比如說關鍵點是依附於線,面,體,節點依附於單元的。

        常用的命令流有    *SL*   (其中前一個*代表要選擇的對象,後一個*代表依附的對象)

<3>.  通過位置(by location)來選擇

        這種方式包含在*SEL命令的參數裡面。

<4>.  由材料屬性,單元類型的不同進行選擇

        這也是一種很方便的方式, 在命令流中是通過指定*SEL的參數來執行的。

在選擇方式上,即在*SEL的參數中包括選擇方式的選項。即S,R,U,A等,他們的含義分別是  

        S:從包含所有的同類型的對象集合中選取一個集合。

        R:從當前選擇的對象集合中選取一個集合。

        U:從當前選擇的對象集合中反選取一個集合。
        A:從包含所有同類型對象的集合中選取一個集合并入當前集合。

PS:這些選擇方式都是在GUI下面有相應的選項的。

3.從資料庫中提取資料的方法

 

    APDL編程的另一個重要的操作就是如何提取ANSYS資料庫的資訊。

   

    <1>.*GET和*VGET命令;其中*GET是提取標量參數的命令,而*VGET是批量提取資料庫的資訊的命令。

    <2>.等價的內嵌提取函數;

    <3>.對象資訊查詢函數;ANSYS中提取資料庫資訊的查詢函數是**INQR(其中**代表KP,LS,AR,VL,ND,分
別代表關鍵點,線,面,體,節點等的資訊),但是對應於單元的查詢函數是ELMIQR。
    <4>.用/INQUIRE函數來查詢系統資訊,包括路徑,工作目錄,工作檔案名稱等。

4.常見的一些操作的模板 比如說,幾何建模,劃分網格,求解及其設定,後處理等都是用幾行APDL就能搞定的,並且大同小異。因此總
結一些模板有利於編程。  
幾何建模的一些程式:
... ...
劃分網格:

1.    ASEL, 2     !選擇面

SMRT,3      !網格尺寸

MSHAPE,1,2D     !網格類型
MSHKEY,0  !網格產生方式
AMESH,ALL        !劃分網格
求解:
... ...
後處理:
... ... 
未完待續

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