ANSYS的二次开发技术

ANSYS的二次开发在封隔器仿真上的应用方勇;罗权;贾宏伟;易文君;李万斌【摘要】提出了一种将封隔器模型参数化的方法,从而避免了重复建模的工作,提高了工作效率.对各种应用程序和有限元软件之间的调用具有一定的指导意义.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】2页(P141-142)【关键词】ANSYS;二次开发;封隔器;仿真;应用【作者】方勇;罗权;贾宏伟;易文君;李万斌【作者单位】长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;长江大学机械工程学院,湖北荆州434023;长江大学机械工程学院,湖北荆州434023【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言ANSYS软件为国际流行的大型通用有限元软件，由于其强大稳定的性能，经常在航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等行业中用于分析各种大型工业问题，但是由于ANSYS的通用性使其对不同行业的专业性模块分析不具有针对性，复杂的英文界面和繁琐的分析步骤都给从事有限元分析的技术人员造成了很大的障碍［1］。

因此利用ANSYS与其他CAD软件之间的接口，进行ANSYS的二次开发，实现数据的共享和交换，将成为解决现代工程学问题的有力工具。

然而针对不同的开发环境，ANSYS的调用方法也各不相同［2］，本文将介绍一种C#调用ANSYS的方法来避免重复建模的工作，并根据此方法开发一个封隔器参数化建模的程序，从而在解决工程问题时能够更方便、更快捷［3］。

1 ANSYS的二次开发技术二次开发，简单地说就是在现有的软件上进行定制修改和功能的扩展，然后达到自己想要的功能，在ANSYS中也提供了二次开发的技术，它所集成的3个开发工具，即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）［4-5］，使得用户在使用ANSYS软件时更为便利和高效。

基于ANSYS的连续梁计算程序的二次开发韩雄刚【摘要】ANSYS具有强大的前后处理和求解功能,并为有限元软件的开发提供了良好的平台,通过开发,实现了在ANSYS应用程序中添加自己的连续梁有限元程序(LXLJS),并总结了用APDL和UIDL对ANSYS进行二次开发的一般规律和操作步骤,为用户在扩充ANSYS的基本功能和建立自己专用程序的同时,建立起属于自己程序的图形界面提供了有益的参考.【期刊名称】《内蒙古公路与运输》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】3页(P36-38)【关键词】有限元;连续梁;二次开发;APDL【作者】韩雄刚【作者单位】中国市政工程华北设计研究总院有限公司,天津300070【正文语种】中文【中图分类】U448.21+51 概述科学技术进步的今天要求更多的工程技术人员具备完整的结构体系，并熟练掌握且能运用大型通用有限元程序。

当今，大型商用通用有限元程序有很多，例如:ANSYS、MIDAS、SAP2000、ADAMS、ABAQUS、NASTRAN、MARC、I－DEAS 等，其中 ANSYS功能最为强大，且简便易学，是首选的通用程序[1]。

有限元应用程序进行二次开发存在两大瓶颈，即几何模型的可视化和结果的可视化。

ANSYS拥有强大的前后处理，可以较容易的突破两大瓶颈，并为多种语言提供了二次开发的接口[2]，因此利用ANSYS开发用户专用的有限元程序不仅具有高效性而且具有高可靠性，并且还具有通用性。

ANSYS标准的图形交互界面是调用和执行ANSYS命令的图形窗口，它提供各类命令的参数输入接口和控制开关，使用户在图形用户界面上进行分析变得直观和轻松。

ANSYS拥有用户界面设计语言(UIDL)，它是编写和改造ANSYS图形交互界面的专用语言，主要编写和改造主菜单及对话框、拾取对话框以及系统的帮助界面设计[3]。

通过用户界面设计语言UIDL，用户可以将自己用APDL开发的专用有限元程序添加进ANSYS应用程序中，从而建立具有本专业特性的ANSYS有限元分析程序，本次开发的连续梁计算程序LXLJS针对ANSYS不太熟悉的普通技术人员。

ANSYS二次开发技术在深基坑开挖过程中的应用
孙九春;朱艳;刘玉涛
【期刊名称】《中国市政工程》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】大型通用有限元软件ANSYS可以利用APDL语言,通过二次开发技术,弥补本身专业化不足的缺陷.在深基坑开挖过程中,对土体开挖、支撑架设和拆除等工况的关键技术问题自动实现动态模拟,进行参数化建模、计算及数据处理.ANSYS 软件已成功应用于上海地铁l号线上海南站车站改建工程地下结构的深基坑开挖施工工程中.
【总页数】4页(P58-60,64)
【作者】孙九春;朱艳;刘玉涛
【作者单位】上海市市政工程建设发展有限公司,上海,200037;江苏省盐城市公路管理处,盐城,224002;同济大学建筑工程系,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU473.2
【相关文献】
1.基于ANSYS软件的深基坑开挖工程二次开发技术研究 [J], 赵燕
2.房屋建筑深基坑开挖过程中监测数据分析与应用 [J], 苗方辉;莫林
3.数值模拟在深基坑开挖过程中的应用研究 [J], 陈德绍; 陈琰; 孙文凯
4.深基坑开挖过程中拉森钢板桩支护的应用 [J], 李明超
5.数据监测在深基坑开挖过程中的应用分析 [J], 陈小羊;冯大阔;王寿忆;郜玉芬
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ANSYS模块介绍分析功能覆盖了自然界的四种场具有独一无二的多场耦合分析功能--------------------------------------------------------------------------------使用特点与用户的长期沟通使ANSYS拥有了人见人爱的特异功能功能完备的前后处理器使ANSYS易学易用强大的图形处理能力及得心应手的实用工具使使用者轻松愉快ANSYS奇特的多平台解决方案使用户物尽其用丰富、强健、高速、可靠的求解器ANSYS和流行的CAD软件均有接口--------------------------------------------------------------------------------专用模块高速变形和高度非线性模块－ANSYS/LS-DYNA(冲击、爆炸、碰撞、实体成形、板成形) 边界元流体动力学模块ANSYS/LINFLOW(水下结构振动、气弹颤振分析)土木工程专用模块ANSYS/CivilFEM疲劳分析专用模块ANSYS-SAFE电子封装、结构及热分析专用模块ANSYS/AnsPak子模型：子模型允许把模型中的某一局部结构与其余部分分开，细致构造该局部模型并重新划分细网格进行更详细的分析，这个精细的局部模型称为子模型。

利用子模型可以在不增加整个模型复杂性和计算量的前提下获得结构中特定区域更为准确的结果。

子结构ANSYS通过把部分单元等效为一个独立单元（超单元，又称子结构）可大大节省求解运算时间或提高建模效率。

单元死活单元死活可以用来模拟材料添加与去除过程，如：山体开挖，大坝修筑，焊接过程，溶化过程。

参数化设计语言（APDL）ANSYS依靠命令驱动，APDL是一个能将ANSYS命令有机组织起来完成系统分析的工具。

APDL具有计算机语言要素，如：循环、判断、分支、变量及数组、子过程（宏）、数学函数、ANSYS函数等、变量（参数）等要素使用户应用APDL进行系列产品的分析和优化设计。

邓肯-张E-B模型的ANSYS二次开发及应用孙明权;陈姣姣;刘运红【摘要】随着土石坝坝体高度的增加,土石坝的应力和变形分析已成为大型土石坝设计中不可缺少的一部分,有限元法是进行应力和变形分析的一种有效方法.在土石坝有限元计算中,难点主要是ANSYS中并不包含土石坝材料的本构关系.利用ANSYS提供的APDL语言二次开发平台,开发出了在土石坝工程中应用广泛的邓肯-张E-B模型,并应用于安宁水电站沥青混凝土心墙堆石坝的应力与变形计算,结果较好地反映了土石坝的实际应力变形规律.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2013(034)002【总页数】5页(P30-34)【关键词】ANSYS;邓肯-张E-B模型;二次开发;应力;变形【作者】孙明权;陈姣姣;刘运红【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州450045【正文语种】中文【中图分类】TV314土石坝历史悠久，具有就地取材、施工简单、可以适用多种复杂地质条件等优势，已成为坝工界的主导坝型．随着坝体高度的增加，除了渗流和稳定计算外，其应力和变形分析已经成为大型土石坝设计中不可缺少的一部分．有限元法是进行应力和变形分析目前最准确、最有效的方法之一．ANSYS［1］是大型通用的有限元计算软件，已经成为土木建筑行业分析软件的主流，但在ANSYS中却没有适合于土石坝材料的本构模型．邓肯－张E－B模型是一种土体的本构模型［2］，被广泛应用于岩土工程中［3］．笔者通过ANSYS提供的APDL语言二次开发平台，实现了在ANSYS中对邓肯－张E－B模型的模拟．1 计算原理1．1 邓肯张E－B模型邓肯（Duncan）和张（Chang）提出的邓肯－张E－B模型是一种非线性弹性模型，非线性弹性模型是根据广义胡克定律建立刚度矩阵D，但考虑到非线性，包含在矩阵D中的弹性常数E，ν不再视为常量，而是看作随应力状态而改变的变量．1．1．1 弹性模量的计算依据邓肯－张模型，应当首先判断单元处于卸荷还是加荷状态：当（σ1－σ3）＜（σ1－σ3）0且 S＜S0时，单元处于卸荷状态，用弹性模量Eur表示;反之，单位处于加荷状态，弹性模量用 Et表示．（σ1－σ3）0为历史上曾经达到的最大偏应力，S0为历史上曾经达到的最大应力水平．对于加荷状态，切线弹性模量Et为式中：c为材料凝聚力;φ为材料内摩擦角;pa为标准大气压;σ1，σ3分别为单元的大主应力、小主应力;Rf为破坏比;K为弹性模量系数;n为弹性模量指数;Kur为卸载和再加载时的弹性模量系数;nur为卸载和再加载时的弹性模量指数．1．1．2 体积模量的计算切线体积模量采用下式计算式中：Kb为体积模量系数;m为体积模量指数．引入切线体积模量Bt后，相当于假定土的泊松比为只要确定 c，φ，Rf，K，n，Kur，nur，Kb，m 这几个参数，就可以确定邓肯－张E－B模型，而这些参数均可由常规三轴试验获得．1．2 ANSYS的二次开发原理1．2．1 APDL语言编写邓肯－张E－B模型的宏命令APDL［4－5］即 ANSYS 参数化设计语言，用其编写的邓肯－张E－B模型的宏命令如下：1．2．2 ANSYS 模拟土石坝施工分层加载［6－7］ANSYS模拟土石坝的施工填筑过程，主要利用ANSYS中的“激活”和“杀死”单元．按照填筑顺序，首先只激活地基的单元，代表只有地基，荷载是地基的自重;然后在此基础上激活第一层结构的单元，代表此时施工进行到第一层，荷载是该层结构的自重;进而按照施工顺序继续激活各层的结构，直至填筑到坝顶．有限元法利用逐级加荷增量法进行土体的非线性计算．由于计算过程涉及到非线性计算和生死单元，因此应当应用自适应下降关闭的完全牛顿－拉普森选项，即每进行一次平衡迭代，修改刚度矩阵一次．1．2．3 ANSYS 重启动分析在坝体施工阶段，为了进行下一级施工，每完成一次施工求解，必须进行重启动分析，以保证结果的正确．重启动分析并不保存生死单元的设置，因此在重启动分析时应当重新设置单元的生死情况．1．2．4 初始应力状态的设置根据邓肯－张E－B模型的公式可以看出，要计算单元的Et和Bt，必须知道单元的σ1和σ3，但每级新填筑层各单元的初始应力状态是{σ}=0．如果以此代入邓肯张公式，则Et=0，无法进行计算．通常采用下面方法确定新填筑层的初始应力状态［8－9］：式中：γ为填土的重度;h为单元形心在土层表面以下的深度;K0为土的静止侧压力系数;φ为此种材料的内摩擦角．1．2．5 计算步骤首先建立土石坝三维模型;然后通过控制单元生死来模拟土石坝的分层施工，在每一层施工完成后通过编制的宏命令来提取各个活单元的最大、最小主应力，执行宏修改每个单元的弹性常数;再把当前填筑高度所计算的结果作为下次继续计算的初始条件进行重启动计算．从而可动态模拟土石坝的施工过程，并在每一层填筑的过程中动态修改土石坝的弹性常数，进而可实现邓肯－张本构模型在土石坝中的应用．1．2．6 对结果进行后处理后处理程序的基本设计思想［10］是：将没有填筑部分的坝体位移归零．实现方法如下：假设坝体共分n层进行填筑，进行了n步计算，则每一步都包含所有坝体单元的计算结果．对于第一层，第n步的计算结果中的第一层单元的结果即为真实结果;第二层单元的结果需要用第n步的计算结果减去第1步的计算结果得到;同理，第i步的计算结果应当用第n步的计算结果减去第（i－1）步的计算结果得到．假如要求蓄水后正常运行期位移，则可以利用前述步骤求得的结果，加上水压力单独作用下坝体产生的位移．2 工程实例2．1 计算模型安宁水电站拦河坝为沥青混凝土心墙堆石坝，坝顶高程为2 135．00 m，最大坝高62．00 m，坝顶宽度10．00 m，坝顶轴线长度336．00 m．沥青混凝土心墙厚度为0．80 m，心墙基础位于混凝土垫座上，垫座宽3．00 m，高3．00 m．坝体河床覆盖层最大深度约为92．00 m．坝基防渗形式采用混凝土防渗墙（坝基覆盖层）和帷幕灌浆（坝基基岩），混凝土防渗墙最大深度为87．00 m，厚度为1．00 m．拦河坝筑坝材料分区从上游到下游分为上游干砌石护坡（厚度为1．00 m）、上游垫层（厚度为 0．50 m）、上游堆石区、上游2．00 m厚过渡层、沥青混凝土心墙（厚度为0．80 m）、下游 3．00 m 厚过渡层、下游堆石区、下游垫层（厚度为0．50 m）、下游干砌石护坡（厚度为1．00 m）．在下游坝基设置厚为1．00 m的过渡料和厚为1．00 m水平反滤层．水库设计正常蓄水位高程为2 130．00 m．计算选取具有代表性的土石坝断面建立二维有限元模型．共剖分2 671个节点，2 617个单元．分8个荷载步，地基为第1荷载步，坝体填筑分为6个荷载步，蓄水到正常蓄水位为1个荷载步．边界条件：底部取竖直约束，上、下游取水平约束．计算取定的坐标系：x为顺河向，指向下游;y为竖直向，方向向上．2．2 计算工况及计算参数计算工况：竣工期（坝体自重）;蓄水期（坝体自重、浮托力、水压力），蓄水期上游正常蓄水位57．00 m．计算参数见表1和表2．表1 覆盖层及坝体土石料计算参数材料堆积密度/（kN/m3）模型参数c/kPaφ0/（°）△φ/（°） Rf K n Kb邓肯－张E－B m 23．0 0 47．3 6．4 0．79 960 0．25 500 0．34含卵含砾中粗砂层 18．5 0 35．0 1．0 0．71 320 0．38 200 0．39含砂含漂卵、砾石 21．0 0 43．5 3．6 0．93 500 0．48 280 0．15含卵含砾中砂 18．5 0 35．0 1．0 0．71 300 0．38 180 0．39含砂砾石、卵石21．0 0 43．5 3．6 0．93 500 0．48 280 0．15含砾粉细砂 17．5 0 35．4 1．4 0．68 300 0．42 180 0．53含砂含砾卵、漂石 23．0 0 47．3 6．4 0．79 960 0．25 500 0．34上游堆石Ⅰ 21．0 0 52．0 10．0 0．72 1 3000．21 700 0．10下游堆石Ⅰ 21．0 0 53．0 11．0 0．73 1 450 0．23 750 0．10下游堆石Ⅱ 21．0 0 51．0 9．5 0．70 1 200 0．20 600 0．15反滤料20．5 0 48．0 10．5 0．85 750 0．45 440 0．21过渡料 21．0 0 50．0 12．5 0．88 840 0．43 480 0．12沥青混凝土心墙含砂含砾漂、卵石24．0 300 30．0 0．0 0．60 400 0．20 1 000 0．70表2 混凝土及基岩参数cE名称φ0/kPa /（°）/GPa ν密度/（g/cm3混凝土防渗墙）2 000 48 22 0．17 2．4基岩2 000 48 30 0．17 2．43 计算分析竣工期及蓄水期对应坝体及覆盖层的大小主应力、位移如图1至图8所示．图形只截取中间较重要的一段，自上游坝角向上游延伸132．42 m，自下游坝角向下游延伸138．03 m．图中应力的符号规定为：压应力为正，拉应力为负，单位为MPa;位移的符号规定为：竖向位移以向下为正，水平位移以向下游方向为正，单位都为cm．3．1 坝体竣工期竣工期坝体最大沉降为50．70 cm，占最大坝高图1 竣工期坝体及覆盖层竖直位移（单位：cm）竣工期大主应力如图3所示．可以看出在防渗墙以及防渗帷幕与基岩接触部位附近，有应力集中现象．坝体大主应力的最大值为1．48 MPa，发生在坝底靠近心墙的位置．竣工期小主应力如图4所示．图3 竣工期坝体及覆盖层大主应力（单位：MPa）3．2 坝体初次蓄水初次蓄水后坝体的最大沉降为56．60 cm，与竣工时相比沉降了5．90 cm，发生的位置仍然是在上、下游坝体中部与覆盖层邻近的位置处，如图5所示．图5 初次蓄水坝体及覆盖层竖直位移（单位：cm）竣工期大主应力如图7所示．可以看出在防渗墙以及防渗帷幕与基岩接触部位附近，有应力集中现象．坝体大主应力的最大值为1．58 MPa，依然发生在坝底靠近心墙位置处．竣工期小主应力如图8所示．可以看出蓄水后，由于水荷载的作用，上游坝壳内的小主应力急剧减少，心墙及下游坝壳内的小主应力有所增大，不再是对称分布．坝体小主应力的最大值为0．47 MPa，发生在下游堆石体下方靠近覆（62．00 m）的0．82%，发生在上、下游坝体中部与覆盖层邻近的位置处，如图1所示．向上游水平位移最大值2．66 cm，占最大坝高的0．04%，发生在上游覆盖层内;向下游水平位移最大值7．93 cm，占最大坝高的0．13%，发生在下游覆盖层内，如图2所示．可以看出小主应力关于心墙和防渗墙对称分布，坝体小主应力的最大值为0．24 MPa，发生在围堰下方接近覆盖层位置处．与竣工期相比，蓄水后坝体及覆盖层的水平位移变化较为明显，覆盖层的向下游水平位移达到了19．87 cm，占最大坝高0．32%，如图6所示．盖层处．图2 竣工期坝体及覆盖层水平位移（单位：cm）图4 竣工期坝体及覆盖层小主应力（单位：MPa）图6 初次蓄水坝体及覆盖层水平位移（单位：cm）图7 初次蓄水坝体及覆盖层大主应力图（单位：MPa）图8 初次蓄水坝体及覆盖层小主应力图（单位：MPa）4 结语1）在ANSYS软件中，开发邓肯－张E－B模型是完全可行的，ANSYS提供的二次开发功能能够满足实际的需要．2）利用ANSYS二次开发功能进行的土石坝计算程序理论充足，计算过程由ANSYS自生的非线性求解器实现，保证了计算结果的准确性．3）通过对安宁水电站沥青混凝土心墙堆石坝的计算，结果表明，此程序能充分反映土石坝材料的特性和施工过程．4）通过后处理之后，最终输出的等值线能够反映土石坝的竖直沉降和水平位移，符合一般规律，表明程序是可行的．参考文献［1］张胜民．基于有限元软件ANSYS7．0的结构分析［M］．北京：清华大学出版社，2003．［2］钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算［M］．北京：中国水利水电出版社，2000．［3］戴跃华，薛继乐．ANSYS在土石坝有限元计算中的应用［J］．水利与建筑工程学报，2007，5（4）：74 －77．［4］龚曙光，谢桂兰．ANSYS操作命令与参数化编程［M］．北京：机械工业出版社，2004．［5］博弈创作室．APDL参数化有限元分析技术及其应用实例［M］．北京：中国水利水电出版社，2004．［6］张爱军，谢定义．复合地基三维数值分析［M］．北京：科学出版社，2004．［7］朱伯芳．有限单元法原理与应用［M］．2版．北京：中国水利水电出版社，1998．［8］陈慧远．土石坝有限元分析［M］．南京：河海大学出版社，1988．［9］范泳贤，刘芳．邓肯－张E－B模型的ANSYS二次开发及其应用［OL］．［2009－02－12］．中国科技论文在线，http：//www．paper．edu．cn/releasepaper/content/200902 －568．［10］彭国伦．FORTRAN 95程序设计［M］．北京：中国电力出版社，2002．。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。