探索ANSYS APDL与二次开发：联合仿真分析基础

引言

前文我们主要介绍了APDL语言的一些基本功能，如循环(*do)、判断(*if)和读(*vread)写(*vwrite)文件等功能，这些功能都是二次开发的基础。

目前主流的有限元分析仿真软件有ANSYS、ABAQUS和NASTRAN等，而程序语言有FORTRAN、C++等编译语言，以及MATLAB、Python等解释语言。

本文我们主要讨论仿真软件和MATLAB以及C++实现联合仿真分析的一些关键基础问题，且结构分析部分用ANSYS实现，其余功能由C++和MATLAB实现。

联合仿真分析需要处理如下几个问题：

• 主程序(函数)和子程序(函数)分别是什么；
• 各自的接口是什么；
• 数据信息如何传递。

以上三个问题得以解决，则联合仿真流程就算是建立起来了。

主程序(函数)和子程序(函数)

一个完整的联合仿真分析，必须由一个主程序和若干个子程序构成，至于哪个软件充当主程序，哪个软件充当子程序，完全取决于具体的问题。

结构受外力作用会产生变形，需要对结构变形指标进行评估。显然，此问题中，负责计算结构变形的程序就是主程序，而计算变形指标的程序就是子程序。

以上问题如果引入控制因素，情况就不一样了。若结构受到的外力取决于结构的变形情况，即外力会根据变形而实时进行调整，这个问题就是一个典型的带反馈的控制问题，在该情况下，我们通常将控制程序作为主程序，负责计算结构变形程序作为子程序。

值得注意的是，确定主程序和子程序的大原则就是逻辑清晰，程序实现高效便捷。

接口

ANSYS接口：/SYS命令和/SYP命令

• /SYS, String ——调用不带参数的外部子程序。

如调用Windows拷贝和删除文件等操作。

/sys,copy E:\AnsysWork\Test1.txt E:\AnsysWork\Test2.txt

/sys,del E:\AnsysWork\Test.txt

当然，我们可以在外部用FORTRAN、C++和MATLAB生成一个exe程序，然后用String参数表示exe可执行程序的完整路径，命令格式如下：

/sys,E:\Vc_work\Debug\Test.exe

• /SYP, String, ARG1, ARG2,…, ARG8 ——调用带参数的外部子程序。

考虑C++编译生成的exe程序(MATLAB生成exe程序将在下一篇讨论)，主函数如下：

void main(int argc, char**argv)
{
	fstream InFileR("E:\\VC_work\\Result.dat",ios::out | ios::in);
	InFileR<<"参数个数argc="<<argc<<endl;
	InFileR<<"参数值路径(String)argv[0]="<<argv[0]<<endl;
	InFileR<<"参数值(ARG1)argv[1]="<<argv[1]<<endl;
	InFileR<<"参数值(ARG2)argv[2]="<<argv[2]<<endl;
	InFileR.close();	
}

值得注意的是，main函数的第一个变量argc存储的是传入参数的个数，路径也当做一个参数计算在内；字符指针argv的第一个元素值argv[0]即为exe程序的路径，其余argv[1]、argv[2]、…argv[8]为具体的参数值。

在ANSYS中执行如下命令：

/syp,E:\VC_work\Debug\Test.exe,4,10

则显示结果如下：

MATLAB接口：命令符“！”、system函数和open函数

对于system函数和open函数，读者可查看帮助文件，学习使用方法。在此，笔者仅列出使用命令符“！”调用exe程序(ANSYS)的代码。

!"D:\Program Files\ANSYS Inc\v150\ansys\bin\winx64\ANSYS150.exe" -B -I E:\AnsysWork\APDL.txt -O E:\AnsysWork\Out.txt

以上三个绝对路径分别为：ANSYS安装路径、APDL文件路径和ANSYS输出文件路径。

C++接口：WinExec函数、ShellExec函数和CrateProcess函数

对于ShellExec函数和CrateProcess函数，读者可查看帮助文件，学习使用方法。在此，笔者仅给出WinExec函数的使用方法。

UINT WinExec(LPCSTR lpCmdLine, UINT uCmdShow)

其中lpCmdLine表示exe程序路径；uCmdShow表示显示关键字，如SW_SHOW，SW_MAXIMIZE，SW_HIDE等。

调用exe程序(ANSYS)的代码如下：

int Status=WinExec("D:\\Program Files\\ANSYS Inc\\v150\\ansys\\bin\\winx64\\

ANSYS150.exe -B -I E:\\AnsysWork\\APDL.txt -O E:\\AnsysWork\\Out.txt",

SW_HIDE);

数据信息传递

当子程序(函数)是带参数和返回值的函数时，主程序(函数)可直接通过传参调用的方式将参数传递给子程序(函数)，然后子程序(函数)通过变量或指针返回。虽然C++和MATLAB分别和ANSYS之间调用时，上述方法不能实现，但是可以通过文件的形式实现数据信息的传递(虽然效率较低)。

比如：C++调用ANSYS时，前者为主程序(函数)，后者为子程序(函数)，因此首先运行C++写输入数据文件；然后调用ANSYS，在ANSYS中首先读入输入数据文件，然后分析计算，最后写结果数据文件；当ANSYS运行完以后程序回到C++当中，此时，可以读取结果数据文件，程序继续执行，再加上终止条件就构成了一套完整的分析流程。

最后

本文主要介绍了如何确定主程序和子程序、ANSYS分别和C++以及MATLAB之间相互调用的接口和数据信息传递，下一篇主要用实例演示ANSYS和MATLAB以及C++之间的相互调用过程，实现联合仿真分析。

-完-

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