給仿真工程師深挖APDL的一個(gè)寶藏功能

一、寫在前面

我為什么推薦大家使用APDL？

眾所周知自ANSYS 7.0開始，ANSYS公司推出了ANSYS經(jīng)典版（Mechanical APDL）和ANSYS Workbench版兩個(gè)版本，而筆者最為青睞的還是APDL。

主要是因?yàn)锳PDL編寫的計(jì)算文件可以方便地利用txt文件存儲(chǔ)，在計(jì)算調(diào)試時(shí)可以很方便的實(shí)現(xiàn)段落化的語句移植，文件的容量一般也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于結(jié)果文件（如DB文件）。特別是語句中提供的注釋功能，也方便了后來者解讀前期寫好的APDL程序。除了因?yàn)榘姹旧?jí)引起的單元變化，APDL編寫的程序幾乎不受軟件版本升級(jí)的困擾。

同時(shí)APDL最為傳奇的功能是給了你一個(gè)“反悔”的選擇—命令流的讀入。特別是體模型的布爾運(yùn)算不成功時(shí)！

二、ANSYS中的APDL是什么

APDL的全稱是ANSYS Parametric Design Language，也被叫做ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言。APDL不僅是優(yōu)化設(shè)計(jì)和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分等ANSYS經(jīng)典特性的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，也為日常分析提供了便利。

三、為什么要使用APDL

可用來完成一些通用性強(qiáng)的任務(wù)，也可以用于建立一些個(gè)性化的復(fù)雜模型，不僅是優(yōu)化設(shè)計(jì)和自適應(yīng)網(wǎng)格劃分等ANSYS經(jīng)典特性的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，也為日常分析提供了便利。

1、參數(shù)化的流程分析

有限元分析的標(biāo)準(zhǔn)過程包括：建立模型、設(shè)置邊界、施加載荷、啟動(dòng)求解和結(jié)果后處理，假如求解結(jié)果表明有必要修改設(shè)計(jì)，那么就必須改變模型的幾何結(jié)構(gòu)或載荷并重復(fù)上述步驟。特別是當(dāng)模型較復(fù)雜或修改較多時(shí)，這個(gè)過程可能很昂貴和浪費(fèi)時(shí)間。

APDL的運(yùn)用主要體現(xiàn)在用戶可以利用程序設(shè)計(jì)語言將ANSYS命令組織起來，編寫出參數(shù)化的用戶程序，從而實(shí)現(xiàn)有限元分析的全過程，即建立參數(shù)化的CAD模型、參數(shù)化的網(wǎng)格劃分與控制、參數(shù)化的材料定義、參數(shù)化的載荷和邊界條件定義、參數(shù)化的分析控制和求解以及參數(shù)化的后處理。

參數(shù)的建模實(shí)例

APDL用建立智能分析的手段為用戶提供了自動(dòng)完成循環(huán)的功能，也就是說，程序的輸入可設(shè)定為根據(jù)指定的函數(shù)、變量及選出的分析標(biāo)準(zhǔn)作決定。它允許復(fù)雜的數(shù)據(jù)輸入，使用戶對(duì)任何設(shè)計(jì)或分析屬性有控制權(quán)。

例如，幾何尺寸、材料、邊界條件和網(wǎng)格密度等，擴(kuò)展了傳統(tǒng)有限元分析范圍以外的能力，并擴(kuò)充了更高級(jí)運(yùn)算包括靈敏度研究、零件參數(shù)化建模、設(shè)計(jì)修改及設(shè)計(jì)優(yōu)化。為用戶控制任何復(fù)雜計(jì)算的過程提供了極大的方便。

2、智能化的控制權(quán)屬

循環(huán)和選擇代碼如下

四、APDL語言的本質(zhì)

它實(shí)質(zhì)上由類似于FORTRAN77的程序設(shè)計(jì)語言部分和1000多條ANSYS命令組成。其中，程序設(shè)計(jì)語言部分與其它編程語言一樣，具有參數(shù)、數(shù)組表達(dá)式、函數(shù)、流程控制（循環(huán)與分支）、重復(fù)執(zhí)行命令、縮寫、宏以及用戶程序等。

標(biāo)準(zhǔn)的ANSYS程序運(yùn)行是由1000多條命令驅(qū)動(dòng)的，這些命令可以寫進(jìn)程序設(shè)計(jì)語言編寫的程序，命令的參數(shù)可以賦確定值，也可以通過表達(dá)式的結(jié)果或參數(shù)的方式進(jìn)行賦值。從ANSYS命令的功能上講，它們分別對(duì)應(yīng)ANSYS分析過程中的定義幾何模型、劃分單元網(wǎng)格、材料定義、添加載荷和邊界條件、控制和執(zhí)行求解和后處理計(jì)算結(jié)果等一系列指令。

宏是具有某種特殊功能的命令組合，實(shí)質(zhì)上是參數(shù)化的用戶小程序，可以當(dāng)作ANSYS的命令處理，可以有輸入?yún)?shù)或沒有輸入?yún)?shù)。

縮寫是某條命令或宏的替代名稱，它與被替代命令或宏存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在ANSYS中二者是完全等同的，但縮寫更符合用戶習(xí)慣，更易于記憶，減少敲擊鍵盤的次數(shù)。ANSYS經(jīng)典截面工具條就是一個(gè)很好的縮寫例子。

五、APDL的特色應(yīng)用

1、工程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

梁截面的型式、移動(dòng)荷載。

計(jì)算實(shí)例

模擬巖土體的開挖、焊接熱力耦合計(jì)算。

2、生死單元

3、復(fù)雜模型

車橋耦合計(jì)算、拱壩的溫度應(yīng)力、鋼砼梁的分離式模型（考慮鋼筋銹蝕影響）。

編輯：jq