ANSYS二次开发：APDL开发入门准备

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1、前言

Ansys于1970年在宾夕法尼亚州西部成立。今天，Ansys的总部仍然紧邻它的起源地，位于宾夕法尼亚州的卡农斯堡，Ansys在世界各地设有超过75个战略销售部门，并拥有遍布全球的合作伙伴网络。 

有限元法作为目前工程应用较为广泛的一种数值计算方法，以其独有的计算优势得到了广泛的发展和应用，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。随着计算机技术的飞速发展，各种工程软件也得以广泛应用。 提到有限元法不能不提的是ANSYS 软件，ANSYS 软件是美国ANSYS 公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件，它是世界范围内增长最快的 CAE软件，能够进行包括结构、热、声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医药、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。 ANSYS 的功能强大，操作简单方便，现在它已成为国际最流行的有限元分析软件，在历年 FEA 评比中都名列第一。

• 仿真是一项超能力 Ansys多物理场仿真赋予了我们强大的功能，让我们得以去探索和预测产品在真实世界中是否正常运行。 犹如能够预见未来，让您能够以前所未有的方式开展创新。
• 工程驱动未来的能力 Ansys基于建模、物理、数学和计算机科学的基本原理，仿真使工程师能够了解其设计在数百万种真实世界场景中的行为表现，同时能够减少、甚至消除对昂贵的物理测试的需求。 仿真助力实现： 1. 5G 和 6G 通信 2. 工业物联网 3. 自动驾驶汽车 4. 个性化医疗 5. 电气化 6. 新一代能源
• 跨学科创新 Ansys客户凭借从组件到系统的仿真加速创新： 1. 结构力学 2. 计算流体动力学 3. 电磁 4. 光子学 5. 材料属性 6. 半导体

2、在线学习资源

1. Ansys官网https://www.ansys.com/zh-cn
2. Ansys Academic（Ansys 学术）https://www.ansys.com/zh-cn/academic
3. Ansys Learning Forum（Ansys 学习论坛）https://forum.ansys.com/
4. PyAnsys Project （pip install ansys-mapdl-core）https://docs.pyansys.com/
5. apdl 18.2 命令在线帮助（布达佩斯科技与经济大学机械工程学院应用力学系）：https://www.mm.bme.hu/~gyebro/files/ans_help_v182/ans_cmd/Hlp_C_CmdTOC.html

ANSYS 从 Release 18.1 开始上线在线帮助(测试版)，从 Release 19.0 开始，在线帮助成为查看帮助资料的默认方式。

在ANSYS的本地离线帮助中，APDL的相关 命令 ，既可以通过搜索直接搜索，也可以在Mechanical APDL—> Command Reference目下根据命令的首字母进行查找。

3、ANSYS相关概念

3.1 分析功能

ANSYS 软件的分析功能：结构分析、热分析、流体分析、电磁场分析、耦合场分析等。

   其中结构分析有七种 类  型，功能如下：

1. 静力分析：用于求解静力载荷作用下结构的静态行为，可以考虑结构的线性和非线性特性。非线性特性如大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹、蠕变等。
2. 特征屈曲分析：用于计算线性屈曲荷载和屈曲模态。
   
       非线性屈曲分析和循环对称屈曲分析属于静力分析类型，不属于特征值屈曲分析类型。
3. 模态分析：计算线性结构的固有频率和振型，可采用多种模态提取方法。可计算自然模态、预应力模态、阻尼复模态、循环模态等。
4. 谐响应分析：确定线性结构在随时间正弦变化的载荷作用下的响应。
5. 瞬态动力分析：计算结构在随时间任意变化的载荷作用下的响应，可以考虑与静态分析相同的结构非线性特性。可考虑非线性全瞬态和线性模态叠加法。
6. 谱分析：模态分析的扩展，用于计算由于响应谱或PSD输入（随机振动）引起的结构应力和应变。可考虑单点谱和多点谱分析。
7. 显式动力分析：ANSYS/LS-DYNA可用于计算高度非线性动力学和复杂的接触问题。
8. 专项分析：除上述七种分析类型外，还可进行如下的特殊分析：断裂、复合材料、疲劳、P-方法等。

3.2 单位制

3.3 坐标系

3.4 实体模型和 有限元 模型

现今几乎所有的有限元分析模型都用实体模型 建模 ，类似于CAD。ANSYS以数学的方式表达结构的几何形状，用于在里面填充节点和单元，还可以在几何模型 边界 上方便地施加载荷。但是， 几何实体模型并不参与有限元分析。所有施加在几何实体边界上的载荷或约束必须最终传递到有限元模型上（节点或单元上）进行求解。


   四类图元：

• 体 (Volumes，3D模型) 由面围成，代表三维实体.
• 面 (Areas，表面) 由线围成. 代表实体表面、平面形状或壳（可以是三维曲面）.
• 线 (Lines，可以是空间曲线) 以关键点为端点，代表物体的边.
• 关键点 (Keypoints，位于3D空间) 代表物体的角点。
  

3.5 载荷

ANSYS中的载荷可分为:

• 自由度DOF - 定义节点的自由度（DOF）值 (结构分析_位移、热分析_ 温度、电磁分析_磁势等)。
• 集中载荷 - 点载荷 (结构分析_力、热分析_ 热导率、电磁分析_magnetic current segments)。
• 面载荷 - 作用在表面的分布载荷 (结构分析_压力、热分析_热对流、电磁分析_magnetic Maxwell surfaces等)。
• 体积载荷 - 作用在体积或场域内 (热分析_ 体积膨胀、内生成热、电磁分析_ magnetic current density等)。
• 惯性载荷 - 结构质量或惯性引起的载荷 (重力、角速度等)。

3.6 文件格式

• 其中数据库文件，是指在前处理、求解及后处理过程中，ANSYS保存在内存中的数据。数据库既存储输入的数据，也存储结果数据。
     
• 其中结果文件说明如下:
• 爱阅读的小沐技术探讨 / 代码分享 / 软件定制 / 阅读感悟

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