ANSYS的二次開(kāi)發(fā)在封隔器仿真上的應(yīng)用

方勇， 羅權(quán)， 賈宏偉， 易文君， 李萬(wàn)斌

（長(zhǎng)江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

0 引言

ANSYS軟件為國(guó)際流行的大型通用有限元軟件，由于其強(qiáng)大穩(wěn)定的性能，經(jīng)常在航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)器械等行業(yè)中用于分析各種大型工業(yè)問(wèn)題，但是由于ANSYS的通用性使其對(duì)不同行業(yè)的專業(yè)性模塊分析不具有針對(duì)性，復(fù)雜的英文界面和繁瑣的分析步驟都給從事有限元分析的技術(shù)人員造成了很大的障礙［1］。因此利用ANSYS與其他CAD軟件之間的接口，進(jìn)行ANSYS的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，將成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問(wèn)題的有力工具。然而針對(duì)不同的開(kāi)發(fā)環(huán)境，ANSYS的調(diào)用方法也各不相同［2］，本文將介紹一種C#調(diào)用ANSYS的方法來(lái)避免重復(fù)建模的工作，并根據(jù)此方法開(kāi)發(fā)一個(gè)封隔器參數(shù)化建模的程序，從而在解決工程問(wèn)題時(shí)能夠更方便、更快捷［3］。

1 ANSYS的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)

二次開(kāi)發(fā)，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是在現(xiàn)有的軟件上進(jìn)行定制修改和功能的擴(kuò)展，然后達(dá)到自己想要的功能，在ANSYS中也提供了二次開(kāi)發(fā)的技術(shù)，它所集成的3個(gè)開(kāi)發(fā)工具，即參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）、用戶界面設(shè)計(jì)語(yǔ)言（UIDL）和用戶程序特性（UPFs）［4-5］，使得用戶在使用ANSYS軟件時(shí)更為便利和高效。其中使用最多、最廣泛的要數(shù)參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）

參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為一種解釋性語(yǔ)言，可以通過(guò)簡(jiǎn)單地變動(dòng)其中的設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)反復(fù)計(jì)算對(duì)照各類尺寸、加載大小的設(shè)計(jì)方案，極大地提高分析效率，降低分析成本。

2 C#調(diào)用ANSYS的具體實(shí)現(xiàn)方法

每運(yùn)行一次ANSYS生成一段“*.log”文件,該文件記錄了ANSYS運(yùn)行過(guò)程中的每一個(gè)命令,以便在系統(tǒng)崩潰或用戶發(fā)生重大錯(cuò)誤時(shí)，用“/input”命令調(diào)入“*.log”文件重新執(zhí)行命令，并且ANSYS為使用者提供了batch功能，可以實(shí)現(xiàn)“*.log”文件的后臺(tái)調(diào)用,通過(guò)這一功能,可以利用自己熟悉的編程軟件修改“*.log”文件中相應(yīng)的參數(shù),并調(diào)用 ANSYS 程序計(jì)算［1］。

在C#中調(diào)用ANSYS，采用的是新建進(jìn)程的方式調(diào)用的，核心代碼如下：

其中，“dlgOpen.FileName”表示ANSYS軟件所在文件路徑，“folder.SelectedPath”表示工作目錄，“In.txt”表示軟件生成的二次開(kāi)發(fā)代碼，“Out.out”表示ANSYS運(yùn)行后生成的反饋信息。

在ANSYS軟件后臺(tái)運(yùn)行時(shí)由于無(wú)法直接監(jiān)控計(jì)算進(jìn)程，我們采用監(jiān)控ANSYS軟件計(jì)算時(shí)自動(dòng)生成的“file.err”文件來(lái)判斷ANSYS軟件是否已經(jīng)求得結(jié)果。當(dāng)ANSYS軟件在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，該文件是不可操作的，當(dāng)ANSYS軟件計(jì)算完成，該文件即被釋放，我們通過(guò)C#判斷“file.err”文件是否被占用來(lái)判斷ANSYS軟件是否完成了計(jì)算。核心代碼如下：

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)本文提出的ANSYS調(diào)用方法，我們利用Visual Studio C#2008開(kāi)發(fā)出一款軟件系統(tǒng)，并內(nèi)置了K344、Y341、Y341 逐 級(jí) 解 封 以 及Y344等幾種常用封隔器。為了驗(yàn)證此方法的可行性，下面以Y344封隔器為例來(lái)說(shuō)明C#與ANSYS的調(diào)用過(guò)程。在進(jìn)行分析之前，用戶需預(yù)先設(shè)定ANSYS啟動(dòng)路徑和工作目錄，啟動(dòng)路徑即為調(diào)用ANSYS的入口，用戶需在此項(xiàng)中找到ANSYS啟動(dòng)快捷方式“ANSYS.exe”的位置；工作目錄即為計(jì)算結(jié)果保存的路徑，由用戶自由設(shè)定。然后在界面中輸入封隔器的各項(xiàng)參數(shù)，如圖1所示。本例中封隔器的計(jì)算參數(shù)主要包括：中心管內(nèi)徑50 mm，膠筒內(nèi)徑74 mm，膠筒外徑114 mm，隔環(huán)高度15mm，上下膠筒長(zhǎng)度85mm，中膠筒長(zhǎng)度70mm，膠筒外斜角45°，膠筒斜面高度10mm，套管內(nèi)徑124.3mm，套管外徑139.7 mm，上下膠筒邵氏硬度A80，中膠筒邵氏硬度A70，坐封力10 MPa。

在各項(xiàng)參數(shù)輸入完畢后，點(diǎn)擊“仿真”按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)建立封隔器模型并劃分網(wǎng)格，并從后臺(tái)調(diào)用ANSYS進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)會(huì)把計(jì)算結(jié)果保存到工作目錄中，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇各級(jí)菜單查看計(jì)算結(jié)果,如圖2～圖5所示。

圖1 參數(shù)設(shè)置

圖2 軸向位移

圖3 等效應(yīng)力

圖4接觸應(yīng)力云圖

圖5接觸應(yīng)力曲線

4 結(jié) 語(yǔ)

本文探討了基于C#框架下對(duì)ANSYS的調(diào)用問(wèn)題，通過(guò)采用參數(shù)化建模和后臺(tái)調(diào)用ANSYS進(jìn)程兩項(xiàng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出一款軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了友好的界面和簡(jiǎn)單的操作，同時(shí)，利用此系統(tǒng)可以對(duì)K344、Y341、Y341逐級(jí)解封，以及對(duì)Y344等幾種常用封隔器進(jìn)行計(jì)算，從而避免了反復(fù)建模，使其高效計(jì)算。另外，C#在生成ANSYS計(jì)算命令流的過(guò)程中采用的是動(dòng)態(tài)生成方式，并將所有計(jì)算參數(shù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)的同時(shí)校驗(yàn)了參數(shù)的有效性，避免生成的ANSYS命令流在ANSYS軟件后臺(tái)運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，為開(kāi)發(fā)者提供了一種新思路。

［1］ 吳鵬，曾紅，韓邁.基于ANSYS的二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法［J］.遼寧工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，24（5）：23-29.

［2］ 彭公孚,席長(zhǎng)友.基于VB控件開(kāi)發(fā)的ANSYS程序調(diào)用方法［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)：交通科學(xué)與工程版，2004（1）：148-150.

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

［4］ 駱鳴.淺談VB在ANSYS二次開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用［J］.天津職業(yè)院校聯(lián)合學(xué)報(bào)，2006（5）：53-56.

［5］ Lun Guande,Liu Yancong,Yi Peng,et al.Lifting Submarine Pipeline Analysis Based on Secondary Development of ANSYS［C］//2012 International Conference on Convergence Information Technology Lecture Notes in Information Technology，Vol.19.USA：Information Engineering Research Institute，2012：205-211.