1、ANSYS二次開發概述標準ANSYS程序是一個功能強大、通用性好的有限元分析程序,同時它還具有良好的開放性,用戶可以根據自身的需要在標準ANSYS版本上進行功能擴充和系統集成,生成具有行業分析特點和符合用戶需要的用戶版本的ANSYS程序。開發功能包括四個組成部分:.參數化程序設計語言(APDL.用戶界面設計語言(UIDL.用戶程序特性(UPFs.ANSYS數據接口APDL所能實現的功能通俗的說來應該是次于UPF而強與UIDL,但實際上是由于三者具體側重點不同造成的:UIDL主要控制GUI界面的各類二次開發方法,涉及的分析部分就要少一些,APDL可以稱其為和分析部分頻繁打交道的一組小型工具,功能

2、強大,但不和UIDL一樣能夠非常具體的針對某一兩方面的二次開發處理,通常情況下融合在分析的角角落落中。UPF是三者之間的最強者,能完成最復雜的二次開發工作,比如說構建新單元,復雜數據庫交互,外圍命令定制等,但UPF在很多情況下也借助了APDL命令來完全實現其功能。同樣也能在UIDL中嵌入APDL命令,來構建比較復雜的GUI二次開發工作。UIDL、APDL和UPF三者各有所長,密不可分。結合使用三者,就能夠實現任何強大的分析功能。5.2 Ansys的開發功能組成部分Ansys的開發功能由三個部分組成:參數化程序設計語言(APDL、用戶界面設計語言(UIDL、用戶程序特性(UPFs參數化程序設計語

3、言(APDL-ANSYS Parametric Design Language實質上由類似于FORTRAN77的程序設計語言部分和1000多條ANSYS命令組成。其中,程序設計語言部分與其它編程語言一樣,具有參數、數組表達式、函數、流程控制(循環與分支、重復執行命令、縮寫、宏以及用戶程序等。標準的ANSYS 程序運行是由1000多條命令驅動的,這些命令可以寫進程序設計語言編寫的程序,命令的參數可以賦確定值,也可以通過表達式的結果或參數的方式進行賦值。從ANSYS命令的功能上講,它們分別對應ANSYS分析過程中的定義幾何模型、劃分單元網格、材料定義、添加載荷和邊界條件、控制和執行求解和后處理計算

4、結果等指令。很多情況下,APDL主要用在優化設計或者自適應網格劃分中。用戶可以利用程序設計語言將ANSYS命令組織起來,編寫出參數化的用戶程序,從而實現有限元分析的全過程,即建立參數化的CAD模型、參數化的網格劃分與控制、參數化的材料定義、參數化的載荷和邊界條件定義、參數化的分析控制和求解以及參數化的后處理。宏是具有某種特殊功能的命令組合,實質上是參數化的用戶小程序,可以當作ANSYS的命令處理,可以有輸入參數或沒有輸入參數。縮寫是某條命令或宏的替代名稱,它與被替代命令或宏存在一一對應的關系,在ANSYS中二者是完全等同的,但縮寫更符合用戶習慣,更易于記憶,減少敲擊鍵盤的次數。ANSYS工具條

5、就是一個很好的縮寫例子。標準ANSYS交互圖形界面可以驅動ANSYS命令,提供命令的各類輸入參數接口和控制開關,用戶在圖形驅動的級別上進行有限元分析,整個過程變得直觀輕松。用戶圖形界面設計語言(UIDL-User Interface Design Language就是編寫或改造ANSYS圖形界面的專用設計語言,GUI方面幾乎全部的二次開發功能都將由它完成,主要完成以下三種圖形界面的設計:.主菜單系統及菜單項.對話框和拾取對話框.幫助系統通過用戶界面設計語言(UIDL,用戶可以在擴充ANSYS功能的同時建立起對應的圖形驅動界面,如在主菜單的某位置增加菜單項,設計對應的對話框、拾取對話框,實現參數

6、的輸入和其它程序運行的控制,同時提供相應的聯機幫助,使操作者能方便地獲取系統幫助。主要功能有:1 組織強大的菜單系統。在Ansys中也能輕松做出可以和VC,VB之類主流GUI開發工具媲美的菜單響應效果。2 構建功能繁復的對話框。利用強大的UIDL工具,也能輕松架構起進行大型工程分析的實用對話框向導。3 建立自己的聯機幫助Ansys中的聯機幫助非常實用,構建自己完善的幫助系統,UIDL是這方面不可或缺的理想開發工具一個完整的UIDL控制文件結構大致如圖5-1:控制文件頭結構塊結構圖5-1 UIDL控制文件結構圖任何一個UIDL控制文件開頭都是一個控制文件頭,其后接一個或多個結構塊結構。控制文件頭

7、第一行必須有:F filename,filename是UIDL控制文件名。控制文件頭第二行必須有:D description,description是對本文件的一些說明。注意到description中有時能帶%E%擴展,但只有當擁有類似SCCS的系統(含一源碼控制系統,ANSYS才能有效的進行%E%擴展,否則只有手動把這些說明替代%E%寫入description中。控制文件第三行必須有:I 0, 0, 0,各個0必須出現在第9、18、27行。只要在這些位置填入0,ANSYS在調用該文件后會自動在這些位置填入GUI界面的位置信息。結構塊結構是一個UIDL控制文件的核心,它涵蓋了菜單信息,命令信息

8、,以及幫助文件信息,按照其不同的類型可劃分為菜單結構塊,命令結構塊和幫助結構塊。一般來說函數結構塊還都伴隨著構建一個對話框結構。結構塊結構基本框架如圖5-2。頭部分數據控制部分尾部分圖5-2 UIDL結構塊結構圖ANSYS在調用GUI界面時會自動調用menulistxx.ans文件(由版本不同而改變,該文件中描述了UIDL前處理器到哪里去尋找UIDL控制文件。ANSYS 在其docu/目錄中有一個基本的menulistxx.ans文件和對應的基本UIDL控制文件。默認情況下,ANSYS就調用這一文件。用戶程序特性(UPFs向用戶提供豐富的FORTRAN77用戶程序開發子程序和函數,用戶利用它們

9、從開發程序源代碼的級別上擴充ANSYS的功能。使用這些子程序和函數,編寫用戶功能的源代碼程序,在與ANSYS版本要求匹配的FORTRAN或C+編譯器上重新編譯和連接,生成用戶版本的ANSYS程序。另外,還提供了外部命令功能,允許用戶創建ANSYS可以利用的共享庫。用戶可以開發下列方面的功能程序:.開發用戶子程序實現從ANSYS數據庫中提取數據或將數據寫入ANSYS 數據庫。該種子程序可以編譯連接到ANSYS中,此時ANSYS提供了10個數據庫操作命令;如果作為外部命令處理,可以在ANSYS的任何模塊中運行;.利用ANSYS提供的子程序定義各種類型的載荷,其中包括BF或BFE 載荷、壓力載荷、對

10、流載荷、熱通量和電荷密度等;.利用ANSYS提供的子程序定義各種材料特性,包括塑性、蠕變、膨脹、粘塑性、超彈、層單元失效準則等;.利用ANSYS提供的子程序定義新單元和調整節點方向矩陣;.利用ANSYS提供的子程序修改或控制ANSYS單元庫中的單元;(6.利用UEROP創建用戶優化程序;ANSYS程序作為子程序在用戶程序中調用。一個典型的UPFs包括下列步驟:1.在FORTRAN77中編制用戶程序。在ANSYS中所有的用戶程序源代碼都是公開的。大部分完成至少一個簡單的功能,因此在編制程序前應列出一份完整的可用程序表。2.編譯并將用戶程序連接到ANSYS程序中。在ANSYS Installati

11、on and Configuration Guide中有這方面的詳細描述。3.用戶可能要驗證自己做的改動是否影響其他ANSYS標準功能的使用。可以通過做幾個ANSYS Verification Manual中的例題來驗證。在ANSYS中也有輸入這些問題的方法。4.用用戶認為可以滿足要求的過程檢驗用戶子程序。請牢記本步由用戶完成,用戶要對子程序負責。ANSYS程序將在用戶使用時自動激活一些子程序,如用戶單元等。例如,要激活一個用戶單元,僅僅在模型建立時指定它為其中的一個單元類型(ET命令或MainMenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete,將單元類型屬

12、性指針設置好,然后用該單元進行實體劃分AMESH,VMESH等或直接生成單元ET等命令即可。對于其他一些UPFs,用戶需要做一些別的操作來激活它們。即,需要輸入USRCAL命令或選擇下列菜單:Main MenuPreprocessorLoads-Load Step Opts-OtherUser Routines或Main MenuSolution-Load Step Opts-OtherUser Routines。如果沒有做這一步,將執行標準的ANSYS功能。例如,如果想施加對流載荷,即便連接了用戶對流子程序,缺省時仍是使用標準的ANSYS功能。因此用戶必須使用USRCAL命令(或相應路徑激活正確的用戶子程序才能使用用戶過程。請參閱USRCAL命令描述得到命令可以影響的用戶過程列表。使用NSVR命令定義在用戶過程中要存儲的另外的變量數目。(NSVR命令無相應的路徑。另一個有用的命令是/UCMD,可以使用戶在