詹德彪 陳二亮

(唐山博匯工程技術(shù)有限公司，河北 唐山 063000)

基于ANSYS二次開發(fā)的實(shí)體單元內(nèi)力提取

詹德彪 陳二亮

(唐山博匯工程技術(shù)有限公司，河北 唐山 063000)

通過用戶界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言(UIDL)與參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)相結(jié)合的方式對(duì)ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)，在ANSYS菜單中植入實(shí)體單元內(nèi)力輸出功能菜單，實(shí)現(xiàn)實(shí)體單元應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化，并以簡(jiǎn)支梁為例，輸出構(gòu)件中各個(gè)截面內(nèi)力并與理論解作了分析對(duì)比，指出ANSYS二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體單元的內(nèi)力輸出，在ANSYS菜單中實(shí)現(xiàn)了實(shí)體單元應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和效率。

ANSYS二次開發(fā)，實(shí)體單元，內(nèi)力

ANSYS是工程界廣泛使用的大型有限元分析軟件之一，為用戶提供了多種二次開發(fā)途徑?，F(xiàn)行版本的ANSYS軟件能夠直接給出部分單元類型的內(nèi)力圖，而三維實(shí)體單元只給出了節(jié)點(diǎn)與單元對(duì)應(yīng)的位移及應(yīng)力結(jié)果，無(wú)法直接得到截面上的內(nèi)力，給截面計(jì)算和承載力驗(yàn)證帶來不便。因此，需要通過ANSYS二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化。鑒于此，通過ANSYS二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)ANSYS中實(shí)體單元應(yīng)力到內(nèi)力結(jié)果的轉(zhuǎn)化，使ANSYS計(jì)算結(jié)果直接指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和效率。

1 ANSYS二次開發(fā)

UIDL用戶界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言[1]，是ANSYS為用戶實(shí)現(xiàn)功能定制進(jìn)行程序界面設(shè)計(jì)的專用設(shè)計(jì)語(yǔ)言，UIDL控制文件由一個(gè)控制頭文件和幾個(gè)構(gòu)造塊組成，如圖1所示。

APDL參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它提供一般程序語(yǔ)言的功能。但實(shí)際開發(fā)時(shí)主要以宏命令的形式組織。利用UIDL與APDL的方法對(duì)ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)；用戶通過UIDL實(shí)現(xiàn)用戶圖形界面的開發(fā)，將擴(kuò)展的功能菜單植入到ANSYS界面中，可以實(shí)現(xiàn)選擇、輸入、幫助等功能；通過APDL定制參數(shù)化語(yǔ)言，以宏的形式將各種命令組合，實(shí)現(xiàn)用戶所需的建立模型、劃分網(wǎng)格、施加荷載以及有限元計(jì)算等功能；最終通過UIDL用戶圖形菜單調(diào)用APDL宏命令，實(shí)現(xiàn)用戶擴(kuò)展的相關(guān)功能。

2 UIDL實(shí)現(xiàn)內(nèi)力輸出用戶界面的開發(fā)

根據(jù)ANSYS二次開發(fā)流程，在ANSYS菜單中植入內(nèi)力輸出菜單，分別通過對(duì)話框功能輸入相應(yīng)參數(shù)和點(diǎn)選功能選取構(gòu)件，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)體單元內(nèi)力的輸出。對(duì)應(yīng)的功能控制文件的流程圖如圖2所示，功能菜單及對(duì)話框形式如圖3所示。

3 APDL實(shí)現(xiàn)實(shí)體單元內(nèi)力的計(jì)算

通過APDL語(yǔ)言將ANSYS命令組合實(shí)現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為內(nèi)力的計(jì)算。將荷載工況組合和內(nèi)力計(jì)算輸出模塊分別以宏的形式編寫，相當(dāng)于ANSYS中的命令，通過UIDL菜單功能調(diào)用相應(yīng)的宏，實(shí)現(xiàn)內(nèi)力工況組合和應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化。根據(jù)材料力學(xué)平截面假定，由截面上各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力求得該截面上的內(nèi)力。由高等數(shù)學(xué)積分原理對(duì)其面積進(jìn)行積分，得出截面的內(nèi)力[2，3]。

通過APDL參數(shù)化程序語(yǔ)言，以宏的形式實(shí)現(xiàn)計(jì)算功能，應(yīng)力結(jié)果的讀入、應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化以及內(nèi)力結(jié)果的輸出。

4 實(shí)例分析

工程概況：在ANSYS中采用實(shí)體單元建立簡(jiǎn)支梁有限元模型，如圖4所示。分別通過路徑積分法、面積積分法和節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)力法實(shí)現(xiàn)有限元模型應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化。模型參數(shù)如表1所示。

表1 模型參數(shù)

寬度/m高度/m跨度/m泊松比彈性模量/N·m-2b=15h=10L=100μ=0．3E=3×1011

分析比較：簡(jiǎn)支梁承受均布荷載，通過在ANSYS中添加的實(shí)體單元內(nèi)力提取菜單提取出剪力結(jié)果，并與理論解進(jìn)行對(duì)比，可以看出提取出的剪力均比較接近理論解；將剪力與理論解相對(duì)誤差進(jìn)行對(duì)比，得到的剪力與理論解相對(duì)差除兩端點(diǎn)有2%誤差以外，其余部分均為0%，在誤差范圍之內(nèi)。

簡(jiǎn)支梁承受均布荷載，通過在ANSYS中添加的實(shí)體單元內(nèi)力提取菜單提取出剪力結(jié)果，并與理論解進(jìn)行對(duì)比，可以看出三種方法提取出的彎矩均比較接近理論解，其中節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)力法更接近理論解；將彎矩與理論解相對(duì)差進(jìn)行對(duì)比可以看出除在兩端附近外，提取的彎矩值和理論解均比較接近。

綜上所述，在簡(jiǎn)支梁承受集中荷載情況下，通過二次開發(fā)得到的結(jié)果剪力和彎矩均比較接近理論解。綜合考慮剪力和彎矩，通過ANSYS二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化，其精度符合工程要求。

5 結(jié)語(yǔ)

ANSYS二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)體單元的內(nèi)力輸出，在ANSYS菜單中實(shí)現(xiàn)了實(shí)體單元應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化，大大的簡(jiǎn)化了繁瑣的ANSYS數(shù)據(jù)處理工作；并且做到精準(zhǔn)快捷，給數(shù)值分析和實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)搭建了橋梁，使數(shù)值分析結(jié)果直接指導(dǎo)設(shè)計(jì)工作；提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率，使設(shè)計(jì)工作便捷而準(zhǔn)確。

[1] 張曉麗,李德建,李明鵬.ANSYS軟件二次開發(fā)技術(shù)的應(yīng)用[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào),2007,21(1):11-14.

[2] 李堯臣.梁的彎曲正應(yīng)力的材料力學(xué)方法修正[J].力學(xué)與實(shí)踐,2006(2):73-74.

[3] 段文江.關(guān)于推導(dǎo)直桿橫截面上應(yīng)力及變形公式的探討[J].力學(xué)與實(shí)踐,2000,22(4):52-53.

On internal force extraction of entity units based on ANSYS secondary development

Zhan Debiao Chen Erliang

(TangshanBohuiEngineeringCo.,Ltd,Tangshan063000,China)

According to the secondary development of ANSYS by combining with the user interface design language and ANSYS parameterized design language, the paper implants the entity unit’s internal force output function menu in ANSYS, realizes the transformation from the stress of the entity unit into the internal force, undertakes the comparison between the internal forces of different sections and theory solution in the output components, and points out the secondary development technique of ANSYS can be adopted in the internal force input of the unit, realizes the transformation of the stress to the internal force, and improves the standardization and efficiency of the structural design.

ANSYS secondary development, entity unit, internal force

2015-06-24

詹德彪(1978- )，男，助理工程師； 陳二亮(1987- )，男，碩士，助理工程師

1009-6825(2015)25-0257-02

TP319

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