有限元分析軟件的二次開發(fā)

有限元分析軟件的二次開發(fā)唐劍（一）常用分析軟件

目前常用的分析軟件主要分為兩類，一類是專門針對建筑結(jié)構(gòu)分析開發(fā)的軟件，如SAP2000，MIDAS

Building等;另一類是通用的有限元分析軟件，如ABAQUS和ANSYS等，除應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)分析，也可應(yīng)用于航空和機(jī)械等領(lǐng)域。有限元（二）軟件功能概述

ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限

元軟件，它的運(yùn)用范圍比較廣泛，從簡單的線性到復(fù)雜的非線性問題都提供了一套完整而強(qiáng)大的有限元理論解決方案。

ABAQUS除了

能進(jìn)行有效靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)分析、模態(tài)分析、瞬態(tài)分析、接觸分析、彈塑性分析、幾何非線性、碰撞和沖擊分析、屈服分析、斷裂分析、疲勞

和耐久性分析等結(jié)構(gòu)分析和熱分析外，還能進(jìn)

行流固耦合分析、熱固耦合分析、聲場和聲固

耦合分析、壓電和熱電耦合分析、質(zhì)量擴(kuò)散分

析等。

ABAQUS包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。ANSYS能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換軟件。主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。ANSYS提供了100種以

上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。ＡＮＳＹＳ是一個廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、航空航天、汽車交通、土木工程等眾多工業(yè)領(lǐng)域，集結(jié)

構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的以

有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用分析軟件。（三）為什么進(jìn)行二次開發(fā)？不同于僅適用于建筑結(jié)構(gòu)分析的軟件，作為通用有限元軟件，在結(jié)構(gòu)模型的快速建立、材料本構(gòu)模型的有效使用和特定結(jié)果數(shù)據(jù)的提取處理等方面都需要用戶進(jìn)行相應(yīng)的二次開發(fā)來實現(xiàn)。ABAQUS為用戶提供的大量單元庫和求解模型，使用戶能夠利用這些模型處理絕大多數(shù)問題，但是實際問題畢竟非常復(fù)雜，ABAQUS不能直接求解所有可能出現(xiàn)的問題，所以ABAQUS提供了大量的用戶自定義子程序（usersubroutine），允許用戶在找不到合適模型的情況下自行定義符合自己問題的模型。這些用戶子程序涵蓋了建模、載荷到單元的幾乎各個部分。ANSYS軟件包括前處理模塊(PＲEP7)、分析計算模塊(SOLUTION)和后處理模塊(POST1和POST26)三個模塊，其自帶建模功能相較于其強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析功能遜色不少。（四）二次開發(fā)功能簡介用戶可通過以下4個途徑實現(xiàn)二次開發(fā):1)通過用戶子程序接口，可以開發(fā)新的計算模型，控制計算過程和計算結(jié)果;2)通過環(huán)境初始化文件，可以改變ABAQUS許多默認(rèn)的設(shè)置;3)通過內(nèi)核腳本接口，可以實現(xiàn)前處理建模和后處理計算結(jié)果分析;4)通過圖形用戶接口，可以創(chuàng)建新的圖形用戶界面和用戶交互界面。因此用戶根據(jù)特定的分析需求，利用ABAQUS提供的二次開發(fā)接口能夠進(jìn)行自定義開發(fā)。

1）二次開發(fā)的工具可選用VB、VC、FORTRAN等高級語言；

2）也可以用ANSYS自身提供的開發(fā)工具， 其功能主要包括用戶界面設(shè)計語言(

UIDL)

，參數(shù)化程序設(shè)計語言(APDL)和用戶可編程特性(UPFs)。（五）近五年二次開發(fā)實例借助

ABAQUS的二次開發(fā)平臺，開發(fā)了前后處理程序和常用用戶自定義材料，以協(xié)助工程師準(zhǔn)確高效地完成各類復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動力彈塑性分析的相關(guān)工作。1前處理接口的二次開發(fā)2材料子程序的二次開發(fā)3后處理的二次開發(fā)4工程案例ANSYS二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于實體單元的內(nèi)力輸出，在ANSYS菜單中實現(xiàn)了實體單元應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化，大大的簡化了繁瑣的

ANSYS數(shù)據(jù)處理工作;并且做到精準(zhǔn)快捷，給數(shù)值分析和實際結(jié)構(gòu)設(shè)計搭建了橋梁，使數(shù)值分析結(jié)果直接指導(dǎo)設(shè)計工作;提高了設(shè)計人員的工作效率，使設(shè)計工作便捷而準(zhǔn)確。通過

APDL語言將

ANSYS命令組合實現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)化為內(nèi)力的計算。將荷載工況組合和內(nèi)力計算輸出模塊分別以宏的形式編寫，相當(dāng)于

ANSYS中的命令，通過

UIDL菜單功能調(diào)用相應(yīng)的宏，實現(xiàn)內(nèi)力工況組合和應(yīng)力到內(nèi)力的轉(zhuǎn)化。根據(jù)材料力學(xué)平截面假定，由截面上各節(jié)點的應(yīng)力求得該截面上的內(nèi)力。由高等數(shù)學(xué)積分原理