下载文档原格式
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。
02地震分析算例(ANSYS)土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常遇到的问题。
结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。
本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。
更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。
关键知识点：(a)模态分析(b)谱分析(c)地震反应谱输入(d)地震时程输入(e)时程动力分析(1)在ANSYS窗口顶部静态菜单，进入Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输入窗口中填入DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%(2)ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元(3)在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进入Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Sect Nods) K8，从None改为Max and Min Only。
即要求Beam 188单元输出积分点和节点上的最大、最小应力和应变(4)在Element Types窗口中，继续添加Mass 21集中质量单元(5)下面输入材料参数，进入ANSYS主菜单Preprocessor->Material Props-> MaterialModels菜单，在Material Model Number 1中添加Structural-> Linear-> Elastic->Isotropic属性，输入材料的弹性模量EX和泊松比PRXY分别为210E9和0.3。
(6)继续给Material Model Number 1添加Density属性，输入密度为7800。
1 ANSYS软件及其二次开发工具ANSYS 作为有限元领域的大型通用程序，在工业应用领域及科研方面均有深入的应用。
其广泛而有效的分析工具能解决各类问题，如结构、流体、热、电磁问题等，同时 ANSYS 还 为高级用户提供了多种二次开发工具，利用这些工具，用户可以高效地扩充 ANSYS 的功能。
本章对 ANSYS 软件和其他商业软件，以及开源软件进行了简单介绍，然后分别对 ANSYS 的 4 个二次开发工具 APDL、UPFs、UIDL及 Tck\Tk进行了介绍。
本章要点：l各商业及开源有限元软件的介绍l ANSYS 的 4 个二次开发工具1.1 ANSYS 简介首先有必要对ANSYS软件的发展及其组成部分有所了解， 若要对ANSYS进行二次开发，对 ANSYS 软件的结构有了整体的把握才能有的放矢、目标明确的进行相关二次开发工作。
本 节简要介绍 ANSYS 公司及 ANSYS 软件的发展历程，然后介绍 ANSYS 12.0软件的组成，最 后给出一些其他商业及开源有限元软件的简单介绍。
1.1.1 ANSYS 的发展历程ANSYS 公司于 1970 年在美国成立， 创始人John Swanson博士是匹兹堡大学力学系教授， 公司总部位于美国宾西法尼亚州的匹兹堡。
经过四十年的发展，ANSYS 在有限元软件领域占 据了举足轻重的地位， 被世界各工业领域广泛接受， 成为全球众多专业技术协会认可的标准分 析软件。
ANSYS 集成了力学、热学、电学、声学、流体等多个模块，可用于航空航天、汽车、 电子电气、国防军工、铁路、造船、石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形以 及生物医学等各个领域。
ANSYS 公司于 2003 年开发设计了新一代 CAE 仿真平台 ANSYS Workbench。
ANSYSANSYS 二次开发及应用实例详解 21C h a p t e r Workbench 由各种功能丰富的模块组成，有 Windows 风格的优化易用的界面，能直接读入常 用的各种格式的模型文件， 并具有良好的数据交换能力和强大的协同仿真环境。
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:2004-01-10; 修订日期:2004-03-17 基金项目:重庆市科委资助(7549) 作者简介:王一功(1978-),男,硕士研究生,主要从事结构抗震方面研究.文章编号:100021301(2004)022*******针对场地地震反应分析的ANSYS 二次开发王一功,杨佑发(重庆大学土木工程学院,重庆400045)摘要:以往的场地地震反应分析程序往往缺乏很好的前后处理,难以应用于实际工程。
本文利用通用有限元分析程序ANSYS 进行二次开发,引入多次透射边界以适用于场地地震反应分析。
关键词:ANSYS ;场地地震反应;多次透射边界中图分类号:P315.96 文献标识码:AA secondary development of ANSYS for site earthquake responseWAN G Y i 2gong ,YAN G Y ou 2fa(Faculty of Civil Engineering ,Chongqing University ,Chongqing 400045,China )Abstract :Most programs capable of analysis of site earthquake response don ′t include pre 2and post 2processing ,so that they can ′t be good at engineering practice.A secondary development is applied to reinforce ANSYS with multi 2transmitting boundary in order to be applicable to analysis of site earthquake response.K ey w ords :ANSYS ;site earthquake response ;multi 2transmitting boundary1 引言建筑场地情况对房屋的抗震性能有着明显的影响,特别是各种特殊地形往往会加重邻近结构的地震破坏。
但由于场地情况千差万别,欲归纳出统一规律指导抗震设计目前还有困难。
最好的办法是针对特定的场地、房屋进行专门的分析研究,以提供设计建议。
但目前绝大多数进行场地地震反应分析或上下部共同作用分析的程序都缺乏很好的前后处理,难以直接用于工程实际。
本文利用普遍使用的通用有限元程序AN 2SYS 进行APDL 层次上的二次开发,使之适用于场地地震反应分析,并进而应用于上下部共同作用分析。
2 人工边界的引入场地地震反应分析与单一上部结构的地震反应分析最大的不同之处在于场地地震反应分析必须考虑场地的无限性。
对场地进行有限元分析,必然要截取出有限区域进行分析,但该区域的底面及两侧本来还存在着地基,这些地基向外延伸很远,可认为是无限远。
在实际情况下,地震波由边界内传到边界时会向外传播而不返回,因此需要引入人工边界,以模拟这种现象。
如果不引入人工边界则需要将边界距离取得尽量远,但这将受计算机容量的限制,这种方法一般只在验证人工边界准确度时作为对比对象采用。
人工边界处理的好坏对计算结果的精度有着极大的影响。
第24卷第2期2004年4月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUA KE EN GIN EERIN G AND EN GIN EERIN G V IBRA TION Vol.24,No.2Apr.,2004图1本文在ANSYS 中引入了多次透射边界。
多次透射边界是我国学者在80年代提出的一种人工边界。
其特点是精度高,与有限元方法结合方便。
其基本原理简述如下:如图1所示,假设波位于人工边界所围计算域内,向边界上一点Q 入射的波沿x 轴的视传播可一般表示为u (t ,x )=∑i =1u i (t ,x )(1)其中u i (t ,x )=u 3i (c i t -x cos θi )。
u (t ,x )表示波场总位移矢量的某一分量,它由一系列沿x 轴传播的行波u 3i (c i t -x cos θi )组成。
每一行波u (t ,x )的透射公式为:u i (t +Δt ,x )≈∑N j =1(-1)j +1C N j u i [t -(j -1)Δt ,x -ja i c i Δt ](2)其中N 为透射阶次。
引入人工透射波速c A =a i c i 。
可得统一透射公式u i (t +Δt ,x )≈∑N j =1(-1)j +1C N j u i [t -(j -1)Δt ,x -jc A Δt ](3) 为消除漂移失稳,引入修正系数r 2得u i (t +Δt ,x )≈∑Nj =1(-1)j +1C N j u i [t -(j -1)Δt ,x -jc A Δt ]/(1+r 2)j (0Φr 2Φ0.05)(4)但公式(4)模拟的仅仅是外行波,在地震反应分析中,需要将外行波与非外行波分离,其中非外行波包括内行波和平行人工边界传播的波。
设分离出的外行波位移为u s ,全波位移为u ,参考波场位移为u r 。
外行波位移可以写为:u s =u -u r(5)在工程计算中,一般取入射地震波作为底边界的参考波场,取自由波场为侧边界的参考波场。
自由波场的计算现在主要有两种方法:一种是采用两步法,先在频域内计算侧边界节点的自由场运动时程,然后再以文件或数组的形式传送到时域的边界处理中;另一种方法是直接在时域针对局部区域进行自由波场计算,并进行波场分离[7]。
考虑到ANSYS 的具体计算情况,采用第二种自由波场计算方法虽然更具有先进性,但在实现时有一定困难,因此本文采用第一种方法进行自由波场计算。
下面给出部分实现二次透射边界的APDL 程序。
……3DO ,I ,1,WN!左侧人工边界3DO ,J ,1,LNN3GET ,DL X (J ,2),NODE ,NL (J ,2),U ,XDL X (J ,3)=DL XB (J )DL X (J ,1)=23DL X (J ,2)/1.04-DL X (J ,3)/1.04332+U FX (J ,I +2)-23U FX (J ,I +1)/1.04+U FX (J ,I )/1.043GET ,DL XB (J ),NODE ,NL (J ,3),U ,XD ,NL (J ,1),U X ,DL X (J ,1)!33GET ,DL Y (J ,2),NODE ,NL (J ,2),U ,YDL Y (J ,3)=DL Y B (J )DL Y (J ,1)=23DL Y (J ,2)/1.04-DL Y (J ,3)/1.04332+U F Y (J ,I +2)-23U F Y (J ,I +1)/1.04+U F Y (J ,I )/1.043GET ,DL Y B (J ),NODE ,NL (J ,3),U ,YD ,NL (J ,1),U Y ,DL Y (J ,1)3ENDDO!右侧人工边界342期 王一功等:针对场地地震反应分析的ANSYS 二次开发44 地 震 工 程 与 工 程 振 动 24卷……!施加地震激励……3ENDDO……其中WN为地震记录数;LNN为左侧人工边界节点数,可以通过APDL编程自动获得;DL X(J,1)、DL Y(J,1)为记录施加于下一时间步的人工边界位移的数组;DL X(J,2)、DL Y(J,2)为记录本时间步的距离人工边界c AΔt的节点位移计算结果的数组;DL X(J,3)、DL Y(J,3)为记录上一时间步距离人工边界2c AΔt的节点位移计算结果的数组;DL XB(J)、DL Y B(J)为记录本时间步距离人工边界2c AΔt的节点位移计算结果的数组;U FX(J,I)和U F Y(J,I)为自由场时程纪录,通过3VREAD命令读入ANSYS计算程序;NL(J,1)、NL(J,2)、NL(J,3)分别记录人工边界、距离人工边界c AΔt、距离人工边界2c AΔt的节点的编号,可以通过APDL编程自动获取。
可以将以上程序写为宏文件ussfin.mac,则通过USRCAL命令激活后,可以通过ANSYS接口USSFin 在U PFs层次上实现透射边界。
同时将自动获取边界节点的前处理程序写为宏文件usolbeg.mac,通过AN2 SYS的USOLB EG接口调用。
这样可以增加通用性。
需要注意的是人工边界区域必需使用映射网格划分,而且要保证节点间距为c AΔt,由于ANSYS具有强大的自动网格剖分功能,这是很容易实现的,这也避免了空间插值运算。
3 地震激励的施加方法在ANSYS中进行地震时程反应分析时,有三种方法施加地震激励。
第一种是通过ACEL命令在所有单元上同时施加同样的地震加速度激励。
由于上部结构刚度较大,波的传播速度很快,而且地震作用沿结构也不会产生太大变化,可以忽略波的传播过程,所以这一方法在进行单一上部结构地震反应分析时经常采用。
但由于场地土刚度较小,地震波传播速度很小,而且由于土体的不均匀性,地震波沿地基向上传播时波幅大小、频率成分都将改变。
因此在场地地震反应分析时地震激励有必要从底部输入以捕捉波的传播过程。
第二种方法是在底部输入地震位移激励。
但是由于强震记录往往是加速度时程,而没有位移时程。
如果通过数值积分的方法由加速度时程求解位移时程则将带来一定误差,但大部分时候这一误差是可以接受的。
第三种方法是大质量法。
即在底部节点上附加质量单元,令质量m取极大值,如m=1E10。
如要输入地震加速度记录a,则在附加质量单元的节点上施加与加速度方向相同的力F=m・a,这样便将地震加速度激励转换为力从底部输入了。
其中m取极大值的目的是忽略周围单元质量的影响。
但该方法在与透射边界结合时有一定困难,只适合采用刚性基岩的假设时采用,当然也可以在底部边界施加大阻尼,以模拟底部边界的透射性。
4 场地非线性的考虑ANSYS中可以采用自带的DP准则近似模拟土体的塑性,可以利用ANSYS的接触单元模拟裂隙、节理等。
在非线性分析中,重力作用和地震作用不能再简单叠加,需要首先施加重力荷载,然后再进行地震作用分析。
但文献[6]所提供的预荷载施加方法引入了应力刚化效应,这在场地地震反应分析中是不合适的。
我们采用了类似D YNA的处理方法引入重力。
即在时程分析中,首先将重力作为一个不随时间改变的动力施加,进行时程计算,这时将产生往复振荡。
在有阻尼条件下,这一振荡将逐步趋于稳定,达到静力作用下相应的值。
在振荡达到稳定后,再进行地震时程反应分析。
可以在重力振荡阶段施加较大的阻尼,以抑制振幅、缩短振荡时间。
