基于ANSYS的二次开发技术的实现方法

ANSYS的二次开发技术ANSYS 的二次开发技术ANSYS 提供的二次开发工具有三个：参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language，APDL)，用户界面设计语言(User Interface Design Language，UIDL)以及用户可编程特性(User Programmable Features，UPFs)。

其中，前两种可归类为标准使用特性，后一种为非标准使用特性。

ANSYS 参数化设计语言(APDL)APDL 扩展了传统有限元分析范围之外的能力，提供了建立标准化零件库、序列化分析、设计修改、设计优化以及更高级的数据分析处理能力，包括灵敏度研究等。

ANSYS 用户可编程特性(UPFs)利用UPFs，用户可以开发下列方面的功能程序：(1) 开发用户子程序实现从ANSYS 数据库中提取数据或将数据写入ANSYS 数据库。

该种子程序可以编译连接到ANSYS 中，此时ANSYS 提供了10 个数据库操作命令；如果作为外部命令处理，可以在ANSYS 的任何模块中运行；(2) 利用ANSYS 提供的子程序定义各种类型的载荷，其中包括BF 或BFE 载荷、压力载荷、对流载荷、热通量和电荷密度等；(3) 利用ANSYS 提供的子程序定义各种材料特性，包括塑性、蠕变、膨胀、粘塑性、超弹、层单元失效准则等；(4) 利用ANSYS 提供的子程序定义新单元和调整节点方向矩阵，ANSYS 最多可以有6 个独立的新单元USER100-USER105；( 5) 利用ANSYS 提供的子程序修改或控制ANSYS 单元库中的单元；(6) 利用UEROP 创建用户优化程序，可以用自己的算法和中断准则替换ANSYS 优化过程。

(7) ANSYS 程序作为子程序在用户程序中调用，如用户自定义的优化算法。

ANSYS 软件本身是通过FORTRAN 和C 语言开发的。

使用UPFs 进行二次开发，在安装ANSYS 的基础上，还需要Compaq Visual FORTRAN 和MS Visual C++的支持。

ANSYS二次开发思路一、基于VC++和ANSYS组合的开发：1.整体思路：利用VC++ 6.0设计界面，设计人员在界面上输入相应的参数。

设置提前已经建好的命令流文件中的对应参数。

将命令流文件提交给ANSYS软件进行批处理操作，分析计算后生成各种结果。

通过点击界面的按钮来查看输出的图形等结果。

2.设计中的关键点：2.1 修改命令流相应的参数：ANSYS软件自带一种批处理语言APDL语言，APDL命令流文件中包含了设置参数的命令，因此可以将修改的参数输入到命令流文件中。

2.2 调用ANSYS软件进行分析：通过VC++ 6.0自带的调用其他应用程序的函数，启动ANSYS运行命令流文件。

2.3 结果的显示：如何实现图形结果的显示是设计的一个关键和难点，在这个软件设计中，通过对后处理部分的封装，实现了用户点击界面的按钮就可以在对话框中显示结果的功能。

二、基于VC++和ANSYS相对分离的开发：1.整体思路：用VC++设计一个文本框，可以输入需要修改的参数，修改之后点击按钮，就可以在ANSYS的工作目录下生成与输入参数相关的建模分析和显示相关的命令流清单的宏文件。

然后当再点击结束按钮时，自动退出上面的界面。

进入ANSYS7．0的主界面，这时在ANSYS7．0的toolbar栏中应包括可以调用相应宏的按钮，当点击相关的按钮后，就可以达到自动调用前面生成的宏，自动完成建模加载分析，自动显示的目的。

2.特点：这种思路由于利用了VC++和ANSYS相对独立的开发，比第一种思路完成起来简单。

三、利用ANSYS的二次开发技术直接在ANSYS软件上进行开发：1.整体思路：ANSYS为用户进行程序界面设计提供了一种专用语言即UIDL。

UIDL是一种程序化的语言，它允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项。

UIDL提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具。

在修改参数方面ANSYS提供参数设计语言APDL，以更方便的方式进行程序编辑。

第2期(总第97期)中国市政工程2002年6月25日　基于ANSY S深基坑工程增量法计算的二次开发技术研究陈卫军(同济大学地下建筑与工程系,上海　200092)崔　勤　宁佐利(上海市城市建设设计研究院,上海　200011) 摘　要:针对采用通用有限元程序进行深基坑工程计算中存在的问题,以ANSY S为平台,采用APD L语言,对增量法计算程序二次开发中的一些关键性技术进行了研究。

同时将其应用于上海市轨道交通杨浦线(M8线)工程陆家浜路车站的支护结构设计,取得满意的结果且劳动生产率有较大幅度的提高。

关键词:深基坑工程　增量法　ANSY S　二次开发技术Study on the Development Technique of the Incremental Methodology for the Deep Excavation Work Based on the ANSYS SystemChen Weijun,Cui Qin&Ning Zuoli Abstract:In view of the situation on the calculation of deep excavation w ork by enterprise FE M program, s ome key techniques to develop the program in APD L language for the Incremental Methodology based on the ANSY S system are studied in this paper.These techniques are als o applied to design the deep excavation w ork of the Lujiabang R oad Subway Station in the shanghai rail transit yangpu line(M8)project,and the perfect reliability and the high efficiency are proved by the design results. K ey Words:deep excavation w ork;incremental methodology;ANSYS;development technique1　引言深基坑工程施工的每一阶段,结构体系与外荷载都在变化,因此采用增量法进行支护结构的变形及内力计算能充分模拟施工过程。

ansys二次开发1概述ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行。

该软件具有如下特点：(1)完备的前处理功能ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边界条件，完成ANSYS中的初步建模工作。

此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。

(2)强大的求解器ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。

除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。

提供的多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。

(3)方便的后处理器ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。

后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。

(4)多种实用的二次开发工具ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。

如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interface Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。

文章编号:1007Ο2993(2004)02Ο0100Ο03ANS YS 结构计算二次开发技术研究及应用 李新坡1 袁文忠2(11中科院Ο水利部成都山地灾害与环境研究所,四川成都　610041;21西南交通大学土木工程学院,四川成都　610031) 【摘　要】　针对采用大型有限元程序ANSYS 进行结构计算中存在的问题,对以ANSYS 为平台,利用APDL 语言进行的计算程序二次开发用于结构计算时的一些关键性技术进行了研究。

采用APDL 语言编程,并以预应力锚索桩为例进行计算,通过与传统算法进行比较,结果比较满意。

【关键词】　ANSYS ;APDL 语言;预应力锚索桩;二次开发技术【中图分类号】　TU 2Study on the Further Development T echnique of ANSYS and Its UseLi Xinpo 1 Yuan Wenzhong 2(11Chengdu Institute of Mountain Hazards and Environment ,Chinese Academ y of Sciences &Ministry of Water Conservancy ,S ichuan Chengdu 610041;21School of Civil Engineering ,S outhwest Jiaotong University ,S ichuan Chengdu 610031China )【Abstract 】　S ome important techniques are discussed to the problems in designing calculation of retaining piles on ANSYS sys 2tem.The problem can be solved by the method of programming with APDL.Also ,the method is used in the calculation of piles with prestressed anchor 2cable and the results are reasonable com pared with that acquired by routine method.【K ey Words 】　ANSYS ;APDL ;piles with prestressed anchor 2cable ;further development technique0　引　言ANSYS 是由美国ANSYS 公司开发的一种大型通用有限元分析软件。

基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发摘要：本文吸收了“基结构法”和“均匀化法”的思想，提出了“通过力传递的路径来构造拓扑”和“逐次去劣、两极分化”的拓扑优化新思路和方法，对有限元软件ANSYS的拓扑优化功能作了二次开发，拓展了ANSYS拓扑优化结构单元的适用种类，且不仅可以求解连续结构的拓扑优化问题，还可以求解桁架结构的拓扑优化问题，编制了相应程序考证了连续体和桁架两种类型的典型算例，最后将此方法应用于一个船舶板架结构优化中，得到了预期的结果。

关键词：结构分析；拓扑优化；APDL中图法分类号：U661.43;O189.1 文献标志码：A1、引言结构优化设计大致可以分为三类，即尺寸优化，形状优化，和拓扑优化。

相对于前两种优化，拓扑优化能从根本上改变结构的拓扑，更能体现真正意义上的最优设计。

虽然拓扑优化的价值很可观，但是拓扑优化设计被公认为结构优化领域中比较困难的课题。

这是由于在优化过程中，结构分析和优化模型以及设计空间、可行域都在不断变化，而且拓扑变量（逻辑性变量）的0—1特性造成了问题的不连续性和不可微性。

结构拓扑优化研究可以认为是从1904年Michell提出的Michell桁架理论开始的[1]。

其后人们又陆续提出了一些优化方法，Dorn等人[2]提出了基结构法，他们建立由结构节点、荷载作用点和支撑点组成的节点集合，集合中所有节点之间用杆件相连，形成所谓“基结构”。

在单工况下考虑应力约束，以内力为设计变量，构造线性规划求解。

此外，程耿东等人[3]在弹性板的最优厚度分布研究中将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题。

而Bendsoe、Kikuchi[4]提出了“均匀化法”，用带有孔洞的微结构构造设计区域，微结构孔洞大小作为设计变量，将拓扑优化问题转化为材料最优分布问题。

隋允康[5]对拓扑变量进行了重新思考与定义，从拓扑变量的“独立性”和“光滑性”出发，按“关系映射反演”原则去解决问题。

本文介绍了ANSYS拓扑优化，并在此基础上通过APDL（ANSYS参数化设计语言）作了二次开发。

1 引言随着科学技术的进步，有限元分析已成为科学研究中不可缺少的技术手段，各种大型有限元分析软件也由此而产生。

各种有限元分析软件都有其独到优势，为不同领域的工程技术人员提供了很好的分析工具，然而从头开发自主产权的CAE软件成本很高，需要大量人力物力的投入，而依托优秀的商业性软件进行二次开发则无须经过多年的理论与实践验证，既可以利用通用软件的所有功能，又可以按照自己的行业需求进行客户化定制，能够很快地投入使用，节约软件开发成本。

[1]2 CAE软件二次开发技术介绍2.1 CAE软件二次开发的分类摘 要 CAE软件的研发是当今软件开发的一个热门的领域。

自主研发有自主知识产权的软件的成本很高，需要大量人力物力，且耗时很长，而依托优秀的商业性软件进行二次开发则无须经过多年的理论与实践验证，既可以利用通用软件的所有功能，又可以按照自己的行业需求进行客户化定制，能够快速地投入使用，节约软件开发成本。

二次开发的目的是使通用软件更加专业化，以提高应用效率，统一和简化使用方法，二次开发既可以满足用户自身的行业具体需求，也可以扩充原软件的功能，使之进一步发展完善。

因此，技术越成熟，功能越强大的CAE软件，越强调自身平台的“开放性”，在一些大型商业性有限元软件，如ANSYS、MSC的实际使用中都能看到许多基于软件本身的二次开发成果，对CAE软件进行二次开发已成为CAE技术发展的一个方向。

本文主要围绕CAE-ANSYS二次开发技术，并在ANSYS平台上开发出波纹腹板板梁设计专用模块，该模块可实现参数化建模及计算，并可对模型实施动态修改，从而提高工作效率，在此基础上对波纹胶板的力学性能进行了分析及优化设计，提出了该结构的最优尺寸，为实际工程设计提供依据。

关键词 二次开发；ANSYS；UIDL；波纹腹板；抗减承载力；优化设计ABSTRACT The CAE software development is one of the hottest research field. Considering of copyrights, developing time and the costs of the software, the secondary development of Computer Aided Engineering(CAE) software is necessary for the engineering. This can improve the efficiency of entity modeling and give an valid method for 3D modeling of such similar questions solutions. This has been a new research direction in CAE field.Based on finite element analysis software ANSYS, parametric modeling of screw structure is developed by ANSYS inner developing tools. A system called Corrugated Web Beam Design System(CWBDs). CWBDs introduces the methods of the menu and the dialog designing with User Interface Design Language(UIDL) and screw structure parametric modeling in Application Design Language(APDL) of ANSYS. It can extend the function of the ANSYS software and work efficiently.In the paper, the secondary development on the CAE technology is reviewed. The CWBSDs system supports parametric modeling and also supports Chinese. Based on CWBSDs the shear strength of corrugated webs beam was analyzed and compared with that of ordinary beam. It was pointed out that corrugated web beam has superior shear performance. Effects of the H-beam geometry on its shear properties of optimal design of shear strength based on the numerical result were also studied.aging mathematical model, compared with the traditional Allen News model has advantages such as strong pertinence, physical meaning is obvious and more accurate life prediction, and has a very good application value.KEYWORDS Secondary Development ; ANSYS; UIDL;Corrugated Web Beams; Shear Bearing Capacity; Mechanical Optimum Design基于ANSYS的CAE软件二次开发技术The Secondary Development Based on ANSYS Software and itsApplication胡建戌　焦丽华　谢凌志CAE软件二次开发可接不同分类方法归纳如下：1．根据需求不同进行分类1)将经常反复使用的复杂功能进行封装，使操作更加“傻瓜”化，为技术人员的一般应用工作提供有力的工具。

ANSYS的二次开发技术ANSYS提供的二次开发工具共有三个：参数化设计语言(ANSYS Parametric Design Language，APDL)，用户界面设计语言(User Interface Design Language，UIDL)以及用户可编程特性(User Programmable Features，UPFs)。

其中，前两种可归类为标准使用特性，后一种为非标准使用特性。

ANSYS参数化设计语言(APDL)APDL扩展了传统有限元分析范围之外的能力，提供了建立标准化零件库、序列化分析、设计修改、设计优化以及更高级的数据分析处理能力，包括灵敏度研究等。

ANSYS用户可编程特性(UPFs)利用UPFs，用户可以开发下列方面的功能程序：(1)开发用户子程序实现从ANSYS数据库中提取数据或将数据写入ANSYS数据库。

该种子程序可以编译连接到ANSYS中，此时ANSYS提供了10个数据库操作命令；如果作为外部命令处理，可以在ANSYS的任何模块中运行；(2)利用ANSYS提供的子程序定义各种类型的载荷，其中包括BF或BFE载荷、压力载荷、对流载荷、热通量和电荷密度等；(3)利用ANSYS提供的子程序定义各种材料特性，包括塑性、蠕变、膨胀、粘塑性、超弹、层单元失效准则等；(4)利用ANSYS提供的子程序定义新单元和调整节点方向矩阵，ANSYS最多可以有6个独立的新单元USER100-USER105；(5)利用ANSYS提供的子程序修改或控制ANSYS单元库中的单元；(6)利用UEROP创建用户优化程序，可以用自己的算法和中断准则替换ANSYS优化过程。

(7)ANSYS程序作为子程序在用户程序中调用，如用户自定义的优化算法。

ANSYS软件本身是通过FORTRAN和C语言开发的。

使用UPFs进行二次开发，在安装ANSYS的基础上，还需要Compaq Visual FORTRAN和MS Visual C++的支持。

ansys二次开发教程+实例第3章 ANSYS基于VC++的二次开发与相互作用分析在ANSYS中的实现概述ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行。

该软件具有如下特点：(1) 完备的前处理功能ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边界条件，完成ANSYS 中的初步建模工作。

此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。

(2) 强大的求解器ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。

除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。

提供的多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。

(3) 方便的后处理器ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。

后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。

(4) 多种实用的二次开发工具ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。

如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interface Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。

收稿日期:2004211209.作者简介:吴　灏(19792),男,硕士研究生;武汉,华中科技大学土木工程与力学学院(430074).基于AN SYS 平台的影响线计算功能的二次开发吴　灏1　陈传尧1　杨文兵1　杨新华1(1.华中科技大学　土木工程与力学学院,湖北　武汉　430074)摘　要:桥梁电算当中,桥梁结构内力分析涉及空间梁格的影响线计算问题,当前采用的一些算法在工程应用中有一定的不足.依据内力影响线定理,采取AN SYS 提供的单元生死功能顺利实现在关心节点处的相对单位位移,使该定理直接能够用于实际计算,并在AN SYS 平台进行了二次开发,编制了相应的宏,能够高效地解决梁格类复杂的空间结构影响线计算问题.关键词:内力影响线;　单元生死;　AN SYS中图分类号:TU 311.4:U 448.27 文献标识码:A 文章编号:167227037(2005)增20001204 随着大量斜、弯梁桥的出现,在桥梁平面结构内力分析中广泛采用了梁格法,平面计算问题变成了空间问题.在活载作用下结构最不利内力计算采用了影响线的概念,原来的单梁影响线的计算变成了空间梁格的影响线的计算问题[1].许多学者在这方面做了不少努力,沈为平基于内力影响线定理,将节点间相对单位位移转化为加在单元上的力[2],但该方法对约束模式有一定的要求,在程序的算法上也比较复杂.王文斌基于AN SYS 平台按照影响线的定义对结构所有节点上分别加载,循环求解然后提取影响值,实现了影响线的计算[3],该方法求解数据多,当结构单元划分比较多的时候,效率不够高.本文基于AN SYS 平台,根据内力影响线定理[2]对影响线功能二次开发,旨在高效、方便地求得梁格、斜拉桥等复杂空间结构的影响线,为梁格、斜拉桥及悬索桥的影响线求解提供软件平台.1　计算方法及其在AN SYS 中的实现目前影响线计算方法很多,主要有静力法、位移法、弹性荷载法及混合法作影响线等[4],这些方法对简单结构是方便有效的,如简支梁.但空间桥梁的电算中,桥梁结构趋于复杂,如梁格、悬索桥及斜拉桥等,以往的方法在应用方面遇到一定的困难.为了解决这些问题,采用基于虚功原理的梁内力影响线定理[2]的影响线算法:欲求杆系结构中某截面的关心内力分量,可以首先解除与该关心内力分量相对应的约束,并给予相对应的单位相对位移,由此产生的杆系结构变形在该单位外力方向的投影,在数值上等于该关心内力的影响线.1.1　关心节点处相对位移的实现内力方向的定义如图1,图中阴影部分为AN SYS 中beam 188梁单元截面,I ,J 为单元的两个节点,两个节点的连线与截面垂直,为局部坐标系的x 轴,K 为梁单元的方向点,位于z 轴,由z 轴和x 轴根据右手法则得到局部坐标系的y 轴.不管梁单元在空间何处,它的内力方向始终按照该局部坐标系进行定义,从而可以将梁单元的内力方向统一起来.图1　AN SYS 中beam 188单元截面局部坐标为了在AN SYS 中实现内力影响线的计算,首先要在截面处顺利产生相对位移.当采用beam 188和189等梁单元时,一个截面表现为一个节点,某方向只有一个固定位移,而定理中要求在关心截面处产生相对位移,采取的方法是在关心节点处生成一个新节点,该新节点与关心节点具有相同的坐标位置.在AN SYS 中给出这两个节点的约束方程,使它们在关心内力分量方向的第22卷增刊2005年5月华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版)J.of HU ST.(U rban Science Editi on )V o l .22Sup.M ay .2005图2　简支梁内力Q 的影响线计算新老单元示意位移相差单位位移,其它位移保持一致.要保证新生成的节点能够加入原结构体系计算,需要生成新的单元代替原体系中某个相应旧单元;计算时运用AN SYS 提供的单元生死法,杀死旧单元,然后求解.图2是一个简支梁按照上述方法在AN SYS 中求解10号节点内力Q 的影响线后新老单元位置示意图,图中编号为节点号,10号节点是关心截面所在位置.在与10号节点相同的位置生成新节点42号节点,由42号节点和11号节点成新的单元,代替原来10号节点和11号节点所在的单元(旧单元).在计算中,杀死旧单元,使之不参与计算.1.2　指定定位节点及定义局部坐标在空间梁格中,常常遇到多个梁单元共用同一个节点,如果要求的是该节点的影响线,面临着杀死旧单元,生成新单元来代替它的问题.事实上,从图2可以看出,在杀死旧单元的时候,可以选择包含9和10号节点为旧单元,也可以选择包含10和11号节点的单元为旧单元,到底如何选择,显然需要指定另外一个节点来给要杀死的旧单元予以定位,这个节点称为定位节点.指定了定位节点,但是还不能直接进行计算.因为内力的方向是按照图1的局部坐标定义的,所以要求耦合新旧节点位移和给出它们的约束方程之前,要把坐标系从总体坐标系转到局部坐标系.AN SYS 中没有直接提供类似图1所示的局部坐标系,需要生成.可以采取AN SYS 中三节点生成局部坐标的方法,选取关心节点、定位节点这两个节点所在单元的方向点来生成局部坐标,如果定位节点和关心节点分别为它们所在单元的I 和J 节点,从定位节点到关心节点确定的方向仍然为x 轴,而方向点首先确定的是y 轴,然后右手法则确定z 轴.这样确定的一个局部坐标系相当于图1所示的局部坐标系沿x 轴正向旋转了90°(图3),方向点K 在轴上;如果定位节点和关心节点是J ,I 节点,那么还必须在图3坐标系基础上沿y 正向旋转180°.这样一个局部坐标系给后面的约束方程和耦合位移带来新的问题,需要进一步处理.图3　自定义局部坐标1.3　单位位移符号的计算因为上述自定义的局部坐标和截面的局部坐标的y 轴和z 轴位置互换,这样求和y 或z 有关的内力分量的影响线的时候,需要进行调整.如要求M y 影响线,按照内力影响线定理是解除y 方向的转角约束,给予相对位移,但是由于截面局部坐标和自定义局部坐标不同,实际上是解除z 方向的转角约束,给予相对单位位移.在约束方程中给予新节点和关心节点相对单位位移的时候,需要综合考虑自定义局部坐标,内力正负号习惯地定义这两个因素的影响;要保证在如图2所示的在同一根梁上选择不同的定位点(9或11)的时候,最后算出来的影响线符号保持一致,这三个因素决定了单位位移的符号.因为这三个因素的综合影响没有明显的规律,所以要分析各种情况加以调整和整理,使计算所得结果符合内力符号的定义习惯.首先要算出自建局部坐标系三个方向在总体坐标中的单位矢量,即x τy τz ο=l 1m 1n 1l 2m 2n 2l 3m 3n 3i ϕj οkο.(1)设单位位移为f use ,初值为1.0,x τ,y τ对符号的影响的开关变量为f x ,z ο对符号的影响的开关变量为f y z ,这两个开关变量初始值都是1.0,遇到要改变的情况则置为-1.0,则最后的单位位移fuse=fuse・f x ・f y z .(2)将内力分量分类,N x 和T x 为第一类,M y 和Q z 为第二类,M z 和Q y 为第三类.实际验算表明第一类符号没有影响,只需讨论第二类和第三类的符号变化.公式(3)是讨论f x 的取值・2・ 华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版) 2005年f x =-0.1　(l 1<0或l 1=0,l 2>0或 l 1=0,l 2=0,l 3<0)1.0 其它.(3)f y z 的取值,要分y 向加载和z 向加载两大方面,每方面还要分第二类和第三类内力予以讨论.讨论的方法如同公式(3),不过这时候根据的是z ο各分量的符号.讨论情况比较多,这里就不一一详细列出.1.4　求解计算和宏做好上面的准备工作之后,将关心节点和新节点所求内力分量约束方向指定单位位移,其它方向位移保持一致,然后求解计算.根据内力影响线定理,杆系结构变形在加载方向的投影数值上就是影响值.一般情况下,在非外力加载方向的位移变形较小,观察AN SYS 中位移变形图在外力加载方向的变形,可以得到影响线大致状况,因此直接用位移变形图作为影响线.AN SYS 提供了一种参数化设计语言(AN SYS Param eter D esign L anguage ,A PDL ),可用来自动完成常规操作或者通过参数化(变量)方式来建立分析模型的脚本语言,用A PDL 作为命令式语言创建宏可以给用户带来极大方便.据此,编制了实现影响线计算功能的宏模块.下面附上一些关键程序段,即!生成新节点,激活局部坐标3Get ,u 1,node ,spk ,loc ,x3Get ,…!找到关心节点信息N ,(m axnode +1),u 1,u 2,u 3,ro t 1,ro t 2,ro t 3,!生成新节点3Get ,no rien t ,elem ,okel m ,node ,3!找到单元的方向点C s ,11,0,spk 2,spk ,no rien t ,1,1!建立自定义坐标系,编号11C sys ,11,!将激活坐标系转换坐标系11N ro tat ,spk ,(m axnode +1),,!将要耦合的两点的坐标转到激活坐标系11!在这基础上进行相应的位移耦合3if ,innerfo rce ,eq ,1,then!当内力为弯矩M z Cp ,(m axcpnum +1),ro tz ,spk ,(m axnode +1)!将新节点与指定节点耦合Cp lgen ,(m axcpnum +1),ux ,uy ,uz ,ro tx ,!将新节点与指定节点进一步耦合Ce ,(m axcenum +1),fu se ,spk ,ro ty ,1,(m axnode +1),ro ty ,-1,,,,!定义约束方程!杀死老单元,激活新单元Ek ill ,okel m!杀死找到的单元E ,spk 2,(m axnode +1),no rien t!生成新单元,代替死去的单元2　应用实例考虑图4所示梁格模型,梁格平面在xy 平面内,z 向为加载方向;该梁格模型采取的是beam 188单元,梁格长为30m ,宽为15m ,截面为(0.2×0.3)m 2;泊松比v =0.3,弹性模量E =2×105M Pa ,左右两端固支.在划分单元的时候,每根梁的方向点在梁的正上方沿z 轴建立,每根梁划分单元的时候为5份,单元长度为1m .图4　两端固支的梁格模型不失一般性,取梁格模型A 区域梁上的某个节点的作为关心节点予以计算.分别计算该节点的轴力,剪力,弯矩和扭矩的影响线.在AN SYS当中直接取这个四个内力的位移变形图,作为影响线(图5).图5(a )梁格上所有影响值处于同一位置,这个值实际上是零,因为在梁格上沿z 轴加载,不会产生轴力.图5(b )和(c )分别为弯矩和剪力的影响线,从图中可看出在远离关心节点的地方加载,对关心节点影响较小,这也符合圣维南原理.图5(d )为该节点扭矩的影响线,在全梁格上(a )　Nx的全梁格影响线(b )　My的全梁格影响线(c )　Q z 的全梁格影响线(d )　T x 的全梁格影响线图5　四种内力的全梁格影响线・3・增刊吴　灏等:基于AN SYS 平台的影响线计算功能的二次开发 较远的地方对它有影响,此时力臂较长,产生的矩也较大,对该号节点所在梁的扭矩影响就较大.3　结　论理论上,本文采用的方法和按定义算出的结果应该是一致的,因为内力影响线定理本质上和影响线定义是等价的,在文献[2]中给出了详细的证明.通过取一些验算点,分别按自编的宏和定义分别得到它们的影响值比较也证实了这一点.目前,桥梁电算发展到空间,对影响线的计算提出了新的要求.直接采用梁的内力影响线定理,基于AN SYS 平台进行二次开发求解影响线.通过解决一系列在梁格求解计算中遇到的问题,使得整个求解可以扩展到空间梁格的任意截面.本文只是进行了一次静力计算,所以计算规模小,和文献[3]多次循环计算求得影响线相比,单截面(节点)求解效率更高,可以有效方便地求解像梁格、悬索桥及斜拉桥等空间桥梁结构的影响线.参考文献[1]　戴公连,李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M ].北京:人民交通出版社,2001.[2]　沈为平,刘　钢.内力影响面分析的机动法——理论,算法和程序[M ].北京:人民交通出版社,1994.[3]　王文斌.在AN SYS 中实现影响线的计算[EB OL ].h ttp :∥www .an sys .com .cn conference con 2004,2004211209.[4]　龙驭球,包世华.结构力学[M ].北京:高等教育出版社,2000.Execution of the I nf luence L i ne Ca lcula tion i n ANS Y SW U H ao 1　CH EN Chuan 2y ao 1　YA N G W en 2bing 1　YA N G X in 2hua1(1.Schoo l of C ivil Eng .&M echan ics ,HU ST ,W uhan 430074,Ch ina )Abstract :O n the com p u ter calcu lati on of b ridges ,the in ternal fo rce analysis of sp ace structu res often invo lves the calcu lati on of influence line .B u t the general m ethods p resen tly u sed can no t m eet the needs of p ractical engineering .A cco rding to the influence line p rinci p le ,a new and m o re effective m ethod is given .B y creating the relative un it disp lacem en t on the concerned node ,the influence line p rinci p le is em p loyed directly in to the p ractical engineering calcu lati on .T he code of ou r m ethod is w ritten by som e AN SYS m acro s .T he resu lts p roved that th is m ethod can calcu late the influence line of the com p lex structu res such as sp ace gridiron successfu lly and efficien tly .Key words :in ternal fo rce influence line ;elem en t b irth and death ;AN SYS・4・ 华　中　科　技　大　学　学　报(城市科学版) 2005年。