ANSYS基于VC++6.0的二次开发方法

ANSYS基于VC++6.0的二次开发方法

ANSYS基于VC++6.0的二次开发与

相互作用分析在ANSYS中的实现

1 概述

ANSYS是一套功能十分强大的有限元分析软件，能实现多场及多场耦合分析；是实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件；支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容，强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行。该软件具有如下特点：

(1) 完备的前处理功能

ANSYS不仅提供了强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地构造数学模型，而且还专门设有用户所熟悉的一些大型通用有限元软件的数据接口（如MSC／NSSTRAN，ALGOR，ABAQUS等），并允许从这些程序中读取有限元模型数据，甚至材料特性和边界条件，完成ANSYS中的初步建模工作。此外，ANSYS还具有近200种单元类型，这些丰富的单元特性能使用户方便而准确地构建出反映实际结构的仿真计算模型。(2) 强大的求解器

ANSYS提供了对各种物理场量的分析，是目前唯一能融结构、热、电磁、流体、声学等为一体的有限元软件。除了常规的线性、非线性结构静力、动力分析外，还可以解决高度非线性结构的动力分析、结构非线性及非线性屈曲分析。提供的多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置。

(3) 方便的后处理器

ANSYS的后处理分为通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块（POST26）两部分。后处理结果可能包括位移、温度、应力、应变、速度以及热流等，输出形式可以有图形显示和数据列表两种。

(4) 多种实用的二次开发工具

ANSYS除了具有较为完善的分析功能外，同时还为用户进行二次开发提供了多种实用工具。如宏（Marco）、参数设计语言（APDL）、用户界面设计语言（UIDL）及用户编程特性（UPFs），其中APDL（ANSYS Parametric Design Language）是一种非常类似于Fortran77的参数化设计解释性语言，其核心内容为宏、参数、循环命令和条件语句，可以通过建立参数化模型来自动完成一些通用性强的任务；UIDL（User Interface Design Language）是ANSYS为用户提供专门进行程序界面设计的语言，允许用户改变ANSYS的图形用户界面(GUI)中的一些组项，提供了一种允许用户灵活使用、按个人喜好来组织设计ANSYS图形用户界面的强有力工具；UPFs(User Programmable Features)提供了一套Fortran77函数和例程以扩展或修改程序的功能，该项技术充分显示了ANSYS的开放体系，用户不仅可以采用它将ANSYS程序剪裁成符合自己所需的任何组织形式（如可以定义一种新的材料，一个新的单元或者给出一种新的屈服准则），而且还可以编写自己的优化算法，通过将整个ANSYS作为一个子程序调用的方式实现。

鉴于上述特点，近几年来，ANSYS软件在国内外工程建设和科学研究中得到了广泛的应用。但这些应用大多局限于直接运用ANSYS软件进行实际工程分析，对利用ANSYS提供的二次开发工具进行有限元软件设计却很少涉及。本文首次利用ANSYS软件的二次开发功能，以VC++6.0为工具，运用APDL语言，对ANSYS 进行二次开发，编制框筒结构－桩筏基础－土相互作用体系与地震反应分析程序。

2 程序设计目标

针对某一实际工程问题，ANSYS所提供的APDL语言可对ANSYS软件进行封装。APDL语言即ANSYS软件提供的参数化设计语言，它的全称是ANSYS Parametric Design Language。使用APDL语言可以更加有效地进行分析计算，可以轻松地进行自动化工作（循环、分支、宏等结构），而且，它是一种高效的参数化建模手段。使用APDL语言进行封装的系统可以只要求操作人员输入前处理参数，然后自动运行ANSYS进行求解。但完全用APDL编写的宏还存在弱点。比如用APDL语言较难控制程序的进程，虽然它提供了循环语句和条件判断语句，但总的来说还是难以用来编写结构清晰的程序。它虽然提供了参数的界面输入，但功能还不是太强，交互性不够流畅。针对这种情况，本文用VC++6.0开发框筒结构－桩筏基础－土相互作用有限元分析程序（简称LWS程序）。

本程序设计目标是利用VC++6.0对ANSYS进行封装。用VC++6.0对ANSYS模拟框筒结构－桩筏基础－土相互作用进行二次开发，用户只需输入诸如地震波、计算时间步长、阻尼比等物理性能参数等，系统就能自动调用ANSYS计算程序，自动进行网格划分、地震动加载以及自动求解。该系统由于前台开发友好、方便、易用的人机交互界面，对复杂的、难于理解和掌握的ANSYS命令流进行后台封装，因此，程序设计可让即使从未认真学习过ANSYS软件的工程设计人员也能很好地借助本系统进行结构抗震性能有限元分析，具有较强的处理实际问题能力。

用户输入计算参数，即可调用后台的ANSYS命令进行计算，ANSYS把计算结果返回给用户，进行后处理。程序设计的主要原则和功能如下：

(1)方便原则，即程序模块应具有良好的用户界面和易用性。程序前台设计采用Windows提供的标准图形用户界面(GUI)，用户无须接受专门训练即可使用。同时，程序应具有良好的容错和纠错能力，避免用户操作不当造成损失。

(2)程序系统能够提供用户以下功能：

①允许用户可以根据实际计算工况，输入特定的计算参数，包括地震波选择、计算时间步长、地震波调幅与否等。

②用户在输入各种参数以后、进行计算之前可以对输入的数据进行修改、添加和删除操作，以保证输入正确的参数。

③用户通过界面调用后台的ANSYS命令流进行计算，能够得到最后的计算结果文件，供用户进行后处理和结果分析。

④用户可以添加新的功能或新的二次开发以实现程序升级。

(3)程序应具有良好的可移植性，不依赖于特定的硬件设备，只要能安装ANSYS和VC＋＋6.0的硬件环境都能使用本系统，保证程序使用的广泛性。

(4)程序代码应具有开放性和可重用性。这样，在进一步的设计中，能保证设计者可以方便地对代码进行修改扩充；同时，提供一定的设计接口，新的设计者可以根据接口，无须对程序进行大幅度的修改，就可以进行新的开发，以适应新的特殊要求。

程序的开发平台是Microsoft VC++6.0、ANSYS6.1，基于WindowsXP编程。程序实现是利用微软提供的Windows编程接口MFC和ANSYS公司的ANSYS/Multiphysics产品，采用面向对象的程序设计方法。

3程序的主要模块和设计

如图3-2所示，程序的主要模块有：用户界面模块、ANSYS计算模块、VC调用接口模块和VC后处理模块，分别论述如下：

3.1 ANSYS模块

ANSYS为了满足用户的特殊需求，建立了开放的体系结构，提供了二次开发接口APDL、UIDL和UPFs（User Programming Features，用户编程特性）等。其中，ANSYS接口允许用户将自己的VC代码连到ANSYS中去，或将ANSYS作为子程序调用，从而使ANSYS具备特殊的功能。

本文的ANSYS模块是使用APDL语言进行二次开发的。在上面的二次开发中用到了参数化设计方法。参数是APDL的变量（它们更象FORTRAN变量，而不像FORTRAN参数），不必明确声明参数类型，所有数值变量都以双精度数存储。被使用但未声明的参数都被赋予接近0的“极小值”。在二次开发中使用参数化设计方法，增强了程序的易读性和可移植性。用户无须了解程序的具体结构只需改变参数值就可自动调用ANSYS模块。

3.2 VC调用模块

VC调用模块在该系统中起着接受用户界面的输入、创建进程调用ANSYS模块进行计算的重要作用。有两项工作是在实现在VC程序中调用ANSYS必须做的，一是要使接口程序能够修改ANSYSB的命令流文件路径及