ANSYS APDL 應(yīng)用技巧
2017-07-07 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
1. 前言
APDL的全稱是ANSYS Parametric Design Language(ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言),是一種解釋型語言,具有變量定義、判斷、循環(huán)、文件讀寫等功能。
用戶可以利用APDL編寫出參數(shù)化的用戶程序,從而實(shí)現(xiàn)有限元分析的全過程,即建立參數(shù)化的CAD模型、參數(shù)化的網(wǎng)格劃分與控制、參數(shù)化的材料定義、參數(shù)化的載荷和邊界條件定義、參數(shù)化的分析控制和求解以及參數(shù)化的后處理。
學(xué)會(huì)使用APDL是成為ANSYS高級(jí)用戶的重要標(biāo)志。本文將介紹筆者過去幾年實(shí)際工作中的一些APDL應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),歡迎廣大同行指點(diǎn)、交流。
2. 工具
ANSYS的APDL編寫完后通常保存為后綴為.txt或.inp的文本文件,從微軟自帶的記事本到Notepad++,PSPAD,UltraEdit等專業(yè)開發(fā)程序都可作為編輯工具。筆者最初是用Notepad++作為APDL的編寫工具,將背景設(shè)置成護(hù)眼色,使用起來也頗滿意。偶然一次,看到部門里一位澳大利亞留學(xué)回來的IT工程師同事在用Sublime開發(fā)Python代碼,一下子就被Monokai主題配色深深地吸引住了。從此,筆者投向了Sublime的懷抱,其工作界面如下圖。
需要說明的是,Sublime安裝完后,需要再安裝APDL-Syntax-master插件(可從GITHUB下載),才可以支持ANSYS APDL語法高亮。
另外,編寫APDL命令流時(shí),可打開ANSYS官方的 Element Reference 和 Command Reference 兩個(gè)pdf文件作為工具書供隨時(shí)查閱參考。
3. 前處理
ANSYS的前處理體驗(yàn)相對(duì)HyperMesh/ANSA等專業(yè)前處理軟件來說,相差得不是一點(diǎn)點(diǎn)。主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:
1.3D幾何模型特征簡化、拓?fù)湫迯?fù) 結(jié)構(gòu)分析的幾何模型通常由設(shè)計(jì)部門提供,往往存在大量的倒角、圓角、安裝定位孔、注塑澆口甚至破面等缺陷,面對(duì)這樣的幾何模型,ANSYS處理起來是相當(dāng)吃力甚至無法處理。
2.布爾運(yùn)算 網(wǎng)格劃分前,通常需要對(duì)體、面進(jìn)行剖分以獲得較為規(guī)則的網(wǎng)格。ANSYS的布爾操作常常不是失敗,就是生成了一些碎細(xì)的線、面、體,需要更多的時(shí)間來處理修復(fù)。
Workbench的出現(xiàn),在很大程度上提升了ANSYS的前處理能力,HyperMesh等專業(yè)前處理軟件也可以導(dǎo)出ANSYS的cdb文件。因此,對(duì)于工程中較為復(fù)雜的模型,可運(yùn)用APDL讀入cdb模型,然后在命令流文件中定義材料參數(shù)、接觸參數(shù)、約束、載荷等,最終提交給程序求解。
對(duì)于較為簡單、規(guī)則的模型,可直接利用APDL參數(shù)化建模,方便幾何尺寸、材料屬性、載荷、約束等參數(shù)的影響分析。尤其對(duì)于多層薄膜復(fù)合材料問題(比如十多層),在APDL中可方便修改疊層設(shè)計(jì)(各鋪層厚度)、各鋪層材料屬性/鋪角等,大大提高建模、研究效率。
示例如下:
/prep7
! ---------------------------------------
! parameters defination
! ---------------------------------------
*set, all, , ! clear all parameters
R1 = 5.0 ! radius of thin film
T1 = 5.0e-3 ! thickness of thin film
P1 = 1.0 ! pressure
ESZ = 0.2 ! global element size
! ---------------------------------------
! element and material property
! ---------------------------------------
et, 1, shell181
keyopt, 1, 1, 0 ! bending and membrane stiffness (default)
keyopt, 1, 8, 0 ! store data for botoom of bottom layer and top of top layer (default)
sectype, 1, shell
secdata, T1, 1, 0.0, 3
secoffset, MID
mp, ex, 1, 190e6 ! Si
mp, dens, 1, 2.33e-6
mp, nuxy, 1, 0.278
! ---------------------------------------
! thin film geometry modeling and meshing
! ---------------------------------------
csys, 0
mat, 1
type, 1
real, 1
cyl4, 0, 0, 0, 0, R1, 360
wprota, , 90
asbw, all
wprota, , , 90
asbw, all
asel, all
aatt, 1, 1, 1 ! mat, real, type
mshape, 0, 2D
allsel
lesize, all, ESZ
amesh, all
csys, 1
nsel, s, loc, x, R1
d, all, all, 0
! secplot, 1 ! plot the geometry of a shell section
! /eshape, 1 ! displays elements with shapes determined from the section definition
csys, 0
allsel
save
finish
4. 求解
利用APDL可方便的設(shè)置分析類型、重啟動(dòng)、求解器、輸出內(nèi)容、載荷、單元生死、非線性控制等。
示例如下:
! ---------------------------------------
! solve
! ---------------------------------------
/solu
antype, static ! perform a static analysis
nropt, full ! use full newton-raphson
outpr, all, none
outres, basic, all ! write the solution for every substep
sfa, all, 1, pres, P1
! sf, all, pres, P1
solcontrol, on ! used optimizied nonlinear solution defaults
nlgeom, on ! includes large-deflection effects
kbc, 0 ! ramped loading
nsubst, 45, 60, 30 ! specifles the number of substeps to be taken in this load step
time, 1 ! sets the time for a load step
allsel
solve
finish
注意,當(dāng)APDL命令流較長時(shí),直接復(fù)制粘貼在命令流輸入框會(huì)花費(fèi)較長時(shí)間。推薦的快速讀入方法是,將APDL命令流保存為文本文件(.txt或.inp后綴),然后在GUI中通過File > Read Input from提交,或在ANSYS Mechanical APDL Product Launcher通過ANSYS Batch提交,如下圖。
5. 后處理
利用APDL可以方便地從結(jié)果文件中提取模態(tài)頻率、諧響應(yīng)、接觸力、節(jié)點(diǎn)位移/溫度/電壓等數(shù)據(jù),并按一定格式寫出(FORTRAN輸入輸出格式控制),可將寫出的數(shù)據(jù)用MATLAB/Python讀入進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖。用較少的代碼,即可省去在量的重復(fù)操作,大大提高工作效率。
示例如下:
*cfopen, , ndisp
*vwrite,
(' i_SET LoadStep N_UX N_UY N_UZ')
*vwrite, NodeDisp(1,1), NodeDisp(1,2), NodeDisp(1,3), NodeDisp(1,4), NodeDisp(1,5)
(F6.0, 4x, F4.0, 2x, E20.10, 2x, E20.10, 2x, E20.10)
*cfc
作者:技術(shù)鄰|RogerRY
技術(shù)鄰:www.jishulink.com
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