原标题：ANSYS APDL 应用技巧

--- 原创，Roger技术邻首发

1. 前言

APDL的全称是ANSYS Parametric Design Language(ANSYS参数化设计语言)，是一种解释型语言，具有变量定义、判断、循环、文件读写等功能。

用户可以利用APDL编写出参数化的用户程序，从而实现有限元分析的全过程，即建立参数化的CAD模型、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化的载荷和边界条件定义、参数化的分析控制和求解以及参数化的后处理。

学会使用APDL是成为ANSYS高级用户的重要标志。本文将介绍笔者过去几年实际工作中的一些APDL应用经验，欢迎广大同行指点、交流。

2. 工具

ANSYS的APDL编写完后通常保存为后缀为.txt或.inp的文本文件，从微软自带的记事本到Notepad++，PSPAD，UltraEdit等专业开发程序都可作为编辑工具。笔者最初是用Notepad++作为APDL的编写工具，将背景设置成护眼色，使用起来也颇满意。偶然一次，看到部门里一位澳大利亚留学回来的IT工程师同事在用Sublime开发Python代码，一下子就被Monokai主题配色深深地吸引住了。从此，笔者投向了Sublime的怀抱，其工作界面如下图。

需要说明的是，Sublime安装完后，需要再安装APDL-Syntax-master插件(可从GITHUB下载)，才可以支持ANSYS APDL语法高亮。

另外，编写APDL命令流时，可打开ANSYS官方的Element Reference 和Command Reference 两个pdf文件作为工具书供随时查阅参考。

3. 前处理

ANSYS的前处理体验相对HyperMesh/ANSA等专业前处理软件来说，相差得不是一点点。主要体现在以下两个方面：

1.3D几何模型特征简化、拓扑修复结构分析的几何模型通常由设计部门提供，往往存在大量的倒角、圆角、安装定位孔、注塑浇口甚至破面等缺陷，面对这样的几何模型，ANSYS处理起来是相当吃力甚至无法处理。

2.布尔运算网格划分前，通常需要对体、面进行剖分以获得较为规则的网格。ANSYS的布尔操作常常不是失败，就是生成了一些碎细的线、面、体，需要更多的时间来处理修复。

Workbench的出现，在很大程度上提升了ANSYS的前处理能力，HyperMesh等专业前处理软件也可以导出ANSYS的cdb文件。因此，对于工程中较为复杂的模型，可运用APDL读入cdb模型，然后在命令流文件中定义材料参数、接触参数、约束、载荷等，最终提交给程序求解。

对于较为简单、规则的模型，可直接利用APDL参数化建模，方便几何尺寸、材料属性、载荷、约束等参数的影响分析。尤其对于多层薄膜复合材料问题(比如十多层)，在APDL中可方便修改叠层设计(各铺层厚度)、各铺层材料属性/铺角等，大大提高建模、研究效率。

示例如下：

/prep7

! ---------------------------------------

! parameters defination

! ---------------------------------------

*set, all, , ! clear all parameters

R1 = 5.0 ! radius of thin film

T1 = 5.0e-3 ! thickness of thin film

P1 = 1.0 ! pressure

ESZ = 0.2 ! global element size

! ---------------------------------------

! element and material property

! ---------------------------------------

et, 1, shell181

keyopt, 1, 1, 0 ! bending and membrane stiffness (default)

keyopt, 1, 8, 0 ! store data for botoom of bottom layer and top of top layer (default)

sectype, 1, shell

secdata, T1, 1, 0.0, 3

secoffset, MID

mp, ex, 1, 190e6 ! Si

mp, dens, 1, 2.33e-6

mp, nuxy, 1, 0.278

! ---------------------------------------

! thin film geometry modeling and meshing

! ---------------------------------------

csys, 0

mat, 1

type, 1

real, 1

cyl4, 0, 0, 0, 0, R1, 360

wprota, , 90

asbw, all

wprota, , , 90

asbw, all

asel, all

aatt, 1, 1, 1 ! mat, real, type

mshape, 0, 2D

allsel

lesize, all, ESZ

amesh, all

csys, 1

nsel, s, loc, x, R1

d, all, all, 0

! secplot, 1 ! plot the geometry of a shell section

! /eshape, 1 ! displays elements with shapes determined from the section definition

csys, 0

allsel

save

finish

4. 求解

利用APDL可方便的设置分析类型、重启动、求解器、输出内容、载荷、单元生死、非线性控制等。

示例如下：

! ---------------------------------------

! solve

! ---------------------------------------

/solu

antype, static ! perform a static analysis

nropt, full ! use full newton-raphson

outpr, all, none

outres, basic, all ! write the solution for every substep

sfa, all, 1, pres, P1

! sf, all, pres, P1

solcontrol, on ! used optimizied nonlinear solution defaults

nlgeom, on ! includes large-deflection effects

kbc, 0 ! ramped loading

nsubst, 45, 60, 30 ! specifles the number of substeps to be taken in this load step

time, 1 ! sets the time for a load step

allsel

solve

finish

注意，当APDL命令流较长时，直接复制粘贴在命令流输入框会花费较长时间。推荐的快速读入方法是，将APDL命令流保存为文本文件(.txt或.inp后缀)，然后在GUI中通过File > Read Input from提交，或在ANSYS Mechanical APDL Product Launcher通过ANSYS Batch提交，如下图。

5. 后处理

利用APDL可以方便地从结果文件中提取模态频率、谐响应、接触力、节点位移/温度/电压等数据，并按一定格式写出(FORTRAN输入输出格式控制)，可将写出的数据用MATLAB/Python读入进行数据处理、绘图。用较少的代码，即可省去在量的重复操作，大大提高工作效率。

示例如下：

*cfopen, , ndisp

*vwrite,

(' i_SET LoadStep N_UX N_UY N_UZ')

*vwrite, NodeDisp(1,1), NodeDisp(1,2), NodeDisp(1,3), NodeDisp(1,4), NodeDisp(1,5)

(F6.0, 4x, F4.0, 2x, E20.10, 2x, E20.10, 2x, E20.10)

*cfc

作者：技术邻｜RogerRY

技术邻：www.jishulink.com

自我描述

1.六年专职有限元分析工程经验(外资世界500强)，行业背景从机械自动化设备到消费电子的结构分析，涉及结构模态/谐响应分析，压电分析，接触/大变形分析，跌落冲击，薄膜力学分析等；

2.精通ANSYS mechanical APDL应用，熟练应用Hypermesh网格划分、ABAQUS结构分析；

3.希望能和各位同行多多探讨交流，共同进步；

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