基于ANSYS二次开发的实体单元内力提取

詹德彪 陈二亮

(唐山博汇工程技术有限公司，河北 唐山 063000)

基于ANSYS二次开发的实体单元内力提取

詹德彪 陈二亮

(唐山博汇工程技术有限公司，河北 唐山 063000)

通过用户界面设计语言(UIDL)与参数化程序设计语言(APDL)相结合的方式对ANSYS进行二次开发，在ANSYS菜单中植入实体单元内力输出功能菜单，实现实体单元应力到内力的转化，并以简支梁为例，输出构件中各个截面内力并与理论解作了分析对比，指出ANSYS二次开发技术应用于实体单元的内力输出，在ANSYS菜单中实现了实体单元应力到内力的转化，提高了结构设计的标准化和效率。

ANSYS二次开发，实体单元，内力

ANSYS是工程界广泛使用的大型有限元分析软件之一，为用户提供了多种二次开发途径。现行版本的ANSYS软件能够直接给出部分单元类型的内力图，而三维实体单元只给出了节点与单元对应的位移及应力结果，无法直接得到截面上的内力，给截面计算和承载力验证带来不便。因此，需要通过ANSYS二次开发实现三维实体单元节点应力到内力的转化。鉴于此，通过ANSYS二次开发，实现ANSYS中实体单元应力到内力结果的转化，使ANSYS计算结果直接指导结构设计环节，提高结构设计的标准化和效率。

1 ANSYS二次开发

UIDL用户界面设计语言[1]，是ANSYS为用户实现功能定制进行程序界面设计的专用设计语言，UIDL控制文件由一个控制头文件和几个构造块组成，如图1所示。

APDL参数化程序设计语言，它提供一般程序语言的功能。但实际开发时主要以宏命令的形式组织。利用UIDL与APDL的方法对ANSYS进行二次开发；用户通过UIDL实现用户图形界面的开发，将扩展的功能菜单植入到ANSYS界面中，可以实现选择、输入、帮助等功能；通过APDL定制参数化语言，以宏的形式将各种命令组合，实现用户所需的建立模型、划分网格、施加荷载以及有限元计算等功能；最终通过UIDL用户图形菜单调用APDL宏命令，实现用户扩展的相关功能。

2 UIDL实现内力输出用户界面的开发

根据ANSYS二次开发流程，在ANSYS菜单中植入内力输出菜单，分别通过对话框功能输入相应参数和点选功能选取构件，最终实现实体单元内力的输出。对应的功能控制文件的流程图如图2所示，功能菜单及对话框形式如图3所示。

3 APDL实现实体单元内力的计算

通过APDL语言将ANSYS命令组合实现应力转化为内力的计算。将荷载工况组合和内力计算输出模块分别以宏的形式编写，相当于ANSYS中的命令，通过UIDL菜单功能调用相应的宏，实现内力工况组合和应力到内力的转化。根据材料力学平截面假定，由截面上各节点的应力求得该截面上的内力。由高等数学积分原理对其面积进行积分，得出截面的内力[2，3]。

通过APDL参数化程序语言，以宏的形式实现计算功能，应力结果的读入、应力到内力的转化以及内力结果的输出。

4 实例分析

工程概况：在ANSYS中采用实体单元建立简支梁有限元模型，如图4所示。分别通过路径积分法、面积积分法和节点对应力法实现有限元模型应力到内力的转化。模型参数如表1所示。

表1 模型参数

宽度/m高度/m跨度/m泊松比弹性模量/N·m-2b=15h=10L=100μ=0．3E=3×1011

分析比较：简支梁承受均布荷载，通过在ANSYS中添加的实体单元内力提取菜单提取出剪力结果，并与理论解进行对比，可以看出提取出的剪力均比较接近理论解；将剪力与理论解相对误差进行对比，得到的剪力与理论解相对差除两端点有2%误差以外，其余部分均为0%，在误差范围之内。

简支梁承受均布荷载，通过在ANSYS中添加的实体单元内力提取菜单提取出剪力结果，并与理论解进行对比，可以看出三种方法提取出的弯矩均比较接近理论解，其中节点对应力法更接近理论解；将弯矩与理论解相对差进行对比可以看出除在两端附近外，提取的弯矩值和理论解均比较接近。

综上所述，在简支梁承受集中荷载情况下，通过二次开发得到的结果剪力和弯矩均比较接近理论解。综合考虑剪力和弯矩，通过ANSYS二次开发实现应力到内力的转化，其精度符合工程要求。

5 结语

ANSYS二次开发技术应用于实体单元的内力输出，在ANSYS菜单中实现了实体单元应力到内力的转化，大大的简化了繁琐的ANSYS数据处理工作；并且做到精准快捷，给数值分析和实际结构设计搭建了桥梁，使数值分析结果直接指导设计工作；提高了设计人员的工作效率，使设计工作便捷而准确。

[1] 张晓丽,李德建,李明鹏.ANSYS软件二次开发技术的应用[J].重庆工学院学报,2007,21(1):11-14.

[2] 李尧臣.梁的弯曲正应力的材料力学方法修正[J].力学与实践,2006(2):73-74.

[3] 段文江.关于推导直杆横截面上应力及变形公式的探讨[J].力学与实践,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，助理工程师； 陈二亮(1987- )，男，硕士，助理工程师

1009-6825(2015)25-0257-02

TP319

A