ANSYS/APDL高级工程应用实例分析与二次开发

ANSYS公司目前是CAE（Computer Aided Engineering）领域的先行者之一。ANSYS公司一直致力于分析设计软件的开发、维护及售后服务，不断吸取当今世界最新的计算方法和计算机技术，领导着有限元界的发展趋势，并为全球工业界广泛接受，拥有全球最大的用户群。

ANSYS软件作为最早通过ISO9001质量认证的设计分析软件，其全面的分析功能涉及结构、热、流体、电磁场、碰撞、板材成形等多个领域，产品应用的深度、广度、计算结果的高精度及其图形界面的易学易用，已经使之成为机械工业领域产品开发设计必不可少的伙伴。

ANSYS软件有两种操作方式，即用户图形界面（GUI）操作与参数化设计语言（APDL）操作。对于前者，市面上已经有较多关于各版本的各种介绍性或应用性的书籍，这就使得很多读者能方便地学习、熟悉ANSYS软件，也产生了一大群的初、中级用户，这个基数是很大的。对于后者，在ANSYS软件中，每个GUI操作对应着一句APDL命令；相反，并不是所有的APDL命令都有一个GUI操作，所以若要进行复杂的分析或要对某个模型进行修改后重新分析，采用GUI操作难以完成或过程繁杂，而运用APDL命令可以方便地实现，这就是APDL语言的优势。另外，对于入门用户，开始即使用APDL命令方式分析、解决问题将有助于更加深刻地理解和运用ANSYS软件；对于初、中级用户，选用APDL命令操作方式将大大提高其ANSYS运用水平；对于高级用户，本书也可作为查找操作命令的参考书籍。

主要内容

本书从工程实际分析出发，结合作者长期使用的经验，详细介绍了ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parameter Design Language）的相关概念及语法定义、编写过程、调用步骤。为了使读者能熟练运用一些惯用的关键命令，对部分命令配置了相关操作实例。最后，结合相应的实际机械类、土木类工程实例，使读者能对各部分APDL命令的运用作进一步串连与深化理解，以实现ANSYS使用水平从初级到高级的过渡。

特点

新颖性：本书给出的工程实例新颖，同时具有一定的典型性，有相应的工程实际背景。

详细性：本书首先介绍了APDL语言的编写结构、参数变量与数组的类型及定义、程序结构控制、宏命令、二次开发等内容；然后结合一定的实例，就“前处理器”、“加载与求解处理器”、“后处理器”、“实用菜单”分类介绍与解释其中常用的命令语句；最后给出较多由浅至深的工程实例。

实用性强：无论是菜单及命令的介绍，还是各个具体分析领域的应用，都是基于工程实例的基础上，而且这些分析实例都具有一定的普遍性和典型性，有很好的借鉴作用。

适用面广：本书的立足点为编程语言教程，可作为对ANSYS软件感兴趣的初学者的启蒙教程，也可作为ANSYS中、高级读者检索APDL命令的主要参考资料。

可移植性强：APDL语言对于所有版本的ANSYS都是适用的，版本依赖性弱，具有较强的移植性，能更好地适应当前不断更新版本而不过时的资料实用性要求。

适用对象

本书由浅入深，简单易懂，可作为高校理工科相关专业高年级本科生、研究生和教师学习ANSYS软件的教材，也可作为科学研究及工程技术人员的参考资料。通过阅读本书，读者必将会对ANSYS有一个全新的深层次的了解与掌握。

编写分工

本书由周宁等编著，郝文化审校。同时参与本书编写工作的还有邹素琼、冼进、赵秋云、赵继军、彭艺、曲辉辉、周章、蒋波、徐留旺、曹振宇、张婷、温凌霜、鲁得翠、蒋泽平、魏乐、韩翔、程小英、谭小丽、卢丽娟、李小琼、周宏、罗吉、许翔燕、陈春、张忠、方小马、黄姹英、周明、宋晶、邓勇等，在此一并表示感谢！

由于编者水平有限，时间仓促，书中难免会有不足甚至错误之处，恳请读者及各位专家批评指正。为充分展现本书的编写特点，帮助读者深刻理解本书编写意图与内涵，进一步提高对本书的使用效率，我们建立本书使用指导联络方式，这将是读者与编者之间交流沟通的直通车，欢迎读者将图书使用过程中的各种问题与探讨、建议反馈给我们，本书编者会竭诚给以答复。我们的联系方式E-mail：china_54@tom.com。

本书提供APDL命令流，可从中国水利水电出版社网站下载，网址为：http://www. waterpub.com.cn/softdown/。

编 者

2007年6月

前言
第一篇 基础篇
第1章 APDL简介 1
1.1 APDL语言介绍 1
1.2 APDL语言应用示例 1
1.2.1 参数化建模实例 2
1.2.2 用APDL命令进行流程控制实例 3
1.2.3 APDL命令流全过程分析实例 3
1.3 本章小结 7
第2章 数据类型及其用法 8
2.1 ANSYS数据类型及命名规则 8
2.1.1 参数数据类型 8
2.1.2 参数命名规则 9
2.2 ANSYS标量参数及其用法 10
2.2.1 参数的定义和赋值 10
2.2.2 参数的列表显示 14
2.2.3 删除参数 17
2.2.4 字符参数的用法 18
2.2.5 参数值的替换 18
2.2.6 参数运算表达式 21
2.2.7 参数的存储与恢复 22
2.3 ANSYS数组参数及其用法 24
2.3.1 数组参数基本概念 24
2.3.2 数组参数的定义与赋值 26
2.3.3 表参数的概念与赋值 32
2.3.4 数组参数的列表显示和图形显示 33
2.3.5 数组参数的删除、存储与恢复 39
2.3.6 数组参数写入数据文件 39
2.3.7 数组参数间的运算 41
2.4 ANSYS内部函数 47
2.4.1 ANSYS内部函数介绍 47
2.4.2 ANSYS内部函数举例 48
2.5 本章小结 49
第3章 APDL语言程序控制 50
3.1 条件控制语句 50
3.1.1 条件控制语句基本形式 50
3.1.2 条件控制语句基本命令 51
3.1.3 条件控制语句演变形式 53
3.1.4 条件控制语句举例 54
3.2 循环控制语句 55
3.2.1 DO循环 55
3.2.2 DOWHILE循环 58
3.3 其他控制语句 59
3.3.1 无条件转移语句 59
3.3.2 固定增量循环语句 60
3.3.3 冒号循环语句 61
3.4 本章小结 62
第4章 APDL语言常用命令 63
4.1 准备知识 63
4.2 一般前处理器命令 67
4.2.1 设定单元类型及选项命令 67
4.2.2 实常数定义命令 67
4.2.3 材料定义命令 67
4.2.4 截面定义命令 70
4.2.5 建模命令 71
4.2.6 图元操作部分 74
4.2.7 图元移动、复制、映射、删除 76
4.2.8 网格划分常用命令 77
4.2.9 编号控制常用命令 81
4.2.10 耦合与约束方程常用命令 82
4.3 求解处理器命令 84
4.3.1 加载命令 84
4.3.2 求解命令 90
4.4 通用后处理器命令 94
4.5 时间历程后处理命令 98
4.6 实用菜单命令 100
4.6.1 文件相关设定 100
4.6.2 选择命令 100
4.6.3 列表命令 102
4.6.4 绘图命令 102
4.6.5 图形显示控制命令 103
4.7 宏命令及宏文件 106
4.7.1 创建宏文件 106
4.7.2 宏的变量 110
4.7.3 宏的搜索路径 112
4.7.4 宏的运行 112
4.7.5 宏库文件 114
4.7.6 宏的加密 115
4.8 本章小结 117
第二篇 机械应用篇
第5章 循环载荷作用下的力学分析 118
5.1 问题描述 118
5.2 GUI方式求解过程 119
5.2.1 定义工作标题和工作文件名 119
5.2.2 定义单元属性 119
5.2.3 建立几何实体模型 121
5.2.4 网格划分 124
5.2.5 进入求解器加载并求解 126
5.2.6 进入时间历程后处理器查看结果 132
5.2.7 进入通用后处理器查看结果 136
5.3 命令流方式求解 138
5.4 本章小结 141
第6章 超声疲劳试样谐响应分析 143
6.1 问题描述 143
6.2 GUI操作方式 144
6.2.1 定义工作标题和工件文件名 144
6.2.2 定义单元属性 145
6.2.3 建立几何模型 147
6.2.4 生成网格模型 150
6.2.5 进入求解器并指定分析类型 153
6.2.6 谐响应分析 155
6.2.7 进入POST26后处理器查看结果 157
6.2.8 进入通用后处理器查看结果 160
6.3 命令流方式求解 163
6.4 本章小结 165
第7章 轴承过盈装配分析 166
7.1 问题描述 166
7.2 GUI操作方式求解 167
7.2.1 定义工作标题和工件文件名 167
7.2.2 定义单元属性 167
7.2.3 建立几何模型 169
7.2.4 网格划分 175
7.2.5 定义耦合 178
7.2.6 利用接触向导生成接触 180
7.2.7 加载求解 182
7.2.8 查看求解结果 185
7.2.9 退出ANSYS 189
7.3 命令流方式求解 189
7.4 本章小结 195
第8章 焊接过程仿真分析 196
8.1 问题描述 196
8.2 GUI方式求解过程 197
8.2.1 定义工作标题和工作文件名 197
8.2.2 定义单元属性 197
8.2.3 建立几何实体模型 201
8.2.4 网格划分 202
8.2.5 进入求解器加载并求解 204
8.2.6 进入时间历程后处理器查看结果 216
8.2.7 进入通用后处理器查看结果 219
8.3 命令流方式求解 221
8.4 本章小结 233
第三篇 土木应用篇
第9章 桥梁结构仿真分析 234
9.1 斜拉桥动力特性分析 234
9.1.1 问题描述 234
9.1.2 GUI方式求解 236
9.1.3 命令流方式求解 269
9.2 拱桥移动载荷作用分析 279
9.2.1 问题描述 279
9.2.2 GUI方式求解 279
9.2.3 命令流方式求解 279
9.3 本章小结 286
第10章 建筑结构仿真分析 287
10.1 楼层浇注过程仿真分析 287
10.1.1 问题描述 287
10.1.2 GUI方式求解 288
10.1.3 命令流方式求解 316
10.2 水库大坝地震响应分析 325
10.2.1 问题描述 325
10.2.2 GUI方式求解 325
10.2.3 命令流方式求解 325
10.3 本章小结 334
第11章 地下结构仿真分析 336
11.1 隧道开挖仿真分析 336
11.1.1 问题描述 336
11.1.2 GUI方式求解 337
11.1.3 命令流方式求解 355
11.2 排水管道仿真分析 360
11.2.1 问题描述 360
11.2.2 GUI方式求解 360
11.2.3 命令流方式求解 361
11.3 本章小结 368
第四篇 APDL语言二次开发篇
第12章 APDL语言二次开发 369
12.1 ANSYS二次开发概述 369
12.1.1 UIDL（用户界面设计语言） 369
12.1.2 UPFs（用户程序特性） 370
12.1.3 数据接口 370
12.1.4 APDL（参数化程序设计语言） 370
12.2 APDL二次开发功能 371
12.2.1 定制工具条按钮 371
12.2.2 定制参数输入对话框 377
12.2.3 调用程序已有对话框 380
12.2.4 调用拾取对话框 381
12.2.5 定制运行进度对话框 382
12.3 APDL二次开发实例 383
12.3.1 实例背景 383
12.3.2 二次开发实例过程 383
12.3.3 运行实例 400
12.4 本章小结 405　　ANSYS软件一般分析过程包括：建立有限元模型－施加边界条件－求解计算－结果分析。为完成这些步骤，ANSYS软件提供了两种操作方式，即用户图形界面（GUI）操作与参数化设计语言（APDL）操作。ANSYS参数化设计语言（ANSYS Parameter Design Language）是一种通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言。它可用任何ASCII文件的编辑软件生成，如记事本文件。建立的APDL命令流文件不受软件版本和系统平台的限制，特别适用于复杂模型及模型需要多次修改重复分析的问题，也更加有利于保存和交流。
　　本书对ANSYS参数化设计语言，即APDL语言的编写结构、参数变量与数组的类型及定义、程序结构控制、宏命令等内容进行了详细的阐述；然后结合一定的实例，依照前处理器、加载与求解处理器、后处理器、后处理器、实用菜单分类，对常用APDL命令的使用格式、相关变量进行了全面的解释。最后，由浅至深逐步给出实用、丰富的机械类与土木类工程实例，以及每个实例的APDL源代码和注释。
　 本书内容由浅入深，简单易懂，可作为高校理工科相关专业高年级本科生、研究生和教师学习ANSYS软件的教材，也可作为科学研究及工程技术人员的参考资料。通过阅读本书，读者必将会对ANSYS有一个全新的、深层次的了解和掌握。
　　本书提供APDL命令流，可从中国水利水电出版社网站下载，网址为http://www.waterpub.com.cn/softdown/。

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