基于ANSYS二次開發的實體單元內力提取

詹德彪 陳二亮

(唐山博匯工程技術有限公司，河北 唐山 063000)

基于ANSYS二次開發的實體單元內力提取

詹德彪 陳二亮

(唐山博匯工程技術有限公司，河北 唐山 063000)

通過用戶界面設計語言(UIDL)與參數化程序設計語言(APDL)相結合的方式對ANSYS進行二次開發，在ANSYS菜單中植入實體單元內力輸出功能菜單，實現實體單元應力到內力的轉化，并以簡支梁為例，輸出構件中各個截面內力并與理論解作了分析對比，指出ANSYS二次開發技術應用于實體單元的內力輸出，在ANSYS菜單中實現了實體單元應力到內力的轉化，提高了結構設計的標準化和效率。

ANSYS二次開發，實體單元，內力

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途徑。現行版本的ANSYS軟件能夠直接給出部分單元類型的內力圖，而三維實體單元只給出了節點與單元對應的位移及應力結果，無法直接得到截面上的內力，給截面計算和承載力驗證帶來不便。因此，需要通過ANSYS二次開發實現三維實體單元節點應力到內力的轉化。鑒于此，通過ANSYS二次開發，實現ANSYS中實體單元應力到內力結果的轉化，使ANSYS計算結果直接指導結構設計環節，提高結構設計的標準化和效率。

1 ANSYS二次開發

UIDL用戶界面設計語言[1]，是ANSYS為用戶實現功能定制進行程序界面設計的專用設計語言，UIDL控制文件由一個控制頭文件和幾個構造塊組成，如圖1所示。

APDL參數化程序設計語言，它提供一般程序語言的功能。但實際開發時主要以宏命令的形式組織。利用UIDL與APDL的方法對ANSYS進行二次開發；用戶通過UIDL實現用戶圖形界面的開發，將擴展的功能菜單植入到ANSYS界面中，可以實現選擇、輸入、幫助等功能；通過APDL定制參數化語言，以宏的形式將各種命令組合，實現用戶所需的建立模型、劃分網格、施加荷載以及有限元計算等功能；最終通過UIDL用戶圖形菜單調用APDL宏命令，實現用戶擴展的相關功能。

2 UIDL實現內力輸出用戶界面的開發

根據ANSYS二次開發流程，在ANSYS菜單中植入內力輸出菜單，分別通過對話框功能輸入相應參數和點選功能選取構件，最終實現實體單元內力的輸出。對應的功能控制文件的流程圖如圖2所示，功能菜單及對話框形式如圖3所示。

3 APDL實現實體單元內力的計算

通過APDL語言將ANSYS命令組合實現應力轉化為內力的計算。將荷載工況組合和內力計算輸出模塊分別以宏的形式編寫，相當于ANSYS中的命令，通過UIDL菜單功能調用相應的宏，實現內力工況組合和應力到內力的轉化。根據材料力學平截面假定，由截面上各節點的應力求得該截面上的內力。由高等數學積分原理對其面積進行積分，得出截面的內力[2，3]。

通過APDL參數化程序語言，以宏的形式實現計算功能，應力結果的讀入、應力到內力的轉化以及內力結果的輸出。

4 實例分析

工程概況：在ANSYS中采用實體單元建立簡支梁有限元模型，如圖4所示。分別通過路徑積分法、面積積分法和節點對應力法實現有限元模型應力到內力的轉化。模型參數如表1所示。

表1 模型參數

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：簡支梁承受均布荷載，通過在ANSYS中添加的實體單元內力提取菜單提取出剪力結果，并與理論解進行對比，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誤差進行對比，得到的剪力與理論解相對差除兩端點有2%誤差以外，其余部分均為0%，在誤差范圍之內。

簡支梁承受均布荷載，通過在ANSYS中添加的實體單元內力提取菜單提取出剪力結果，并與理論解進行對比，可以看出三種方法提取出的彎矩均比較接近理論解，其中節點對應力法更接近理論解；將彎矩與理論解相對差進行對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，在簡支梁承受集中荷載情況下，通過二次開發得到的結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二次開發實現應力到內力的轉化，其精度符合工程要求。

5 結語

ANSYS二次開發技術應用于實體單元的內力輸出，在ANSYS菜單中實現了實體單元應力到內力的轉化，大大的簡化了繁瑣的ANSYS數據處理工作；并且做到精準快捷，給數值分析和實際結構設計搭建了橋梁，使數值分析結果直接指導設計工作；提高了設計人員的工作效率，使設計工作便捷而準確。

[1] 張曉麗,李德建,李明鵬.ANSYS軟件二次開發技術的應用[J].重慶工學院學報,2007,21(1):11-14.

[2] 李堯臣.梁的彎曲正應力的材料力學方法修正[J].力學與實踐,2006(2):73-74.

[3] 段文江.關于推導直桿橫截面上應力及變形公式的探討[J].力學與實踐,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

A