ANSYS附加質量的案例
Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中將干涉儀數據附加到光學表面 – 第二部分
根據對雙凹透鏡的最后一次實驗，我們可以得出結論，OpticStudio 生成了 YYY.DAT 數據文件可以附加到鏡頭的前表面，而倒置和翻轉的數據文件可用于鏡頭的后表面。同樣，由于凹面形狀，在表面周圍使用了額外的坐標間斷來正確定向干涉數據。定性結果與測量數據非常吻合。
總結
我們通過上述方式介紹了如何將Zygo表面測量的干涉儀數據導入至OpticStudio中作為表面進行建模，并通過一個理想示在本文中，我們討論了在將數據導入 OpticStudio 之前，如何通過旋轉、翻轉和反轉來調整測量的干涉圖數據的方向，具體取決于表面的形狀以及它是鏡頭的正面還是背面。根據測試結果，所需的準備步驟可以總結如下。意系統驗證了該方法的可行性。本文為該系列文章的第一篇，后續文章我們將利用一些更為實際的系統，進行更加全面的嘗試和介紹。
凸面
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接復制到表面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接復制到表面。
折射元件的后（右）表面：反轉 YYY.DAT 文件，并在附加到表面之前繞 X 軸翻轉。這可以通過運行附帶的 flipGridSag.py Python 腳本輕松完成。
凹面
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接旋轉到表面上，然后將表面繞 Z 軸旋轉 180 度。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接旋轉到表面上，然后將表面繞 Z 軸旋轉 180 度。
折射元件的后（右）表面：反轉 YYY.DAT 文件，并在附加到表面之前繞 X 軸翻轉。可以通過運行附帶的 flipGridSag.py Python 腳本來完成此方向調整。
展開 Ansys Zemax | 在 OpticStudio 中將干涉儀數據附加到光學表面 – 第一部分
光學表面上的干涉圖數據方向
為了了解在 OpticStudio 中將干涉圖數據文件附加到光學表面之前所需的調整，讓我們回顧一下測量數據與 OpticStudio 約定之間的方向和映射。在本節中，我們將討論如何根據鏡頭的形狀（即凸面或凹面）和表面方向來準備測量數據。
凸面
首先，讓我們回顧一下凸面光學元件的數據方向。下圖解釋了凸面和生成的干涉圖文件之間的映射關系。被測表面上的基準點在干涉圖中具有相同的方向。
基于此，在將測得的干涉圖數據附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要進行以下調整步驟作為準備，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的后（右）表面：在安裝 YYY.DAT 文件到曲面之前，需要調整其方向。由于在 OpticStudio 中，鏡頭正面和背面的 Z 軸方向相同，這意味著局部誤差會改變符號，因此測得的干涉圖數據必須反轉。此外，由于 OpticStudio 中鏡頭正面和背面的 X 軸方向相同，這意味著局部誤差需要左右翻轉，因此數據也需要繞 X 軸翻轉。
有幾種方法可以對鏡頭的背面進行調整。第一種選擇是使用 Zygo 干涉儀內部軟件，第二種方法是使用本文附帶的 Python 腳本將干涉儀數據反轉，即針對 DAT文件更改 Z 值的符號并且繞 X 軸翻轉矢高圖。為了使用該腳本，必須在計算機上安裝 Python。
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光學表面上的干涉圖數據方向
為了了解在 OpticStudio 中將干涉圖數據文件附加到光學表面之前所需的調整，讓我們回顧一下測量數據與 OpticStudio 約定之間的方向和映射。在本節中，我們將討論如何根據鏡頭的形狀（即凸面或凹面）和表面方向來準備測量數據。
凸面
首先，讓我們回顧一下凸面光學元件的數據方向。下圖解釋了凸面和生成的干涉圖文件之間的映射關系。被測表面上的基準點在干涉圖中具有相同的方向。
基于此，在將測得的干涉圖數據附加到 OpticStudio 中的表面之前，需要進行以下調整步驟作為準備，具體取決于表面是反射的還是折射的，以及它是折射元件的前（左）還是后（右）表面。
反射面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的前（左）表面：附加 OpticStudio 生成的 YYY.DAT 文件直接到曲面。
折射元件的后（右）表面：在安裝 YYY.DAT 文件到曲面之前，需要調整其方向。由于在 OpticStudio 中，鏡頭正面和背面的 Z 軸方向相同，這意味著局部誤差會改變符號，因此測得的干涉圖數據必須反轉。此外，由于 OpticStudio 中鏡頭正面和背面的 X 軸方向相同，這意味著局部誤差需要左右翻轉，因此數據也需要繞 X 軸翻轉。
有幾種方法可以對鏡頭的背面進行調整。第一種選擇是使用 Zygo 干涉儀內部軟件，第二種方法是使用本文附帶的 Python 腳本將干涉儀數據反轉，即針對 DAT文件更改 Z 值的符號并且繞 X 軸翻轉矢高圖。為了使用該腳本，必須在計算機上安裝 Python。
展開 如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質量矩陣？ ￥69
1.引論
經常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進行計算、學習的學生或工程師們都會知道在有限元分析建模與計算中剛度矩陣與質量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質，大家往往在實際使用十分成熟的商業化軟件的過程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業軟件背后的原理與方法。
這時，不管是在學習中還是在工程應用中往往都會遇到一個同樣的問題，那么就是如何將Ansys APDL運行中的產生的各種數據（例如：剛度矩陣、質量矩陣）導出成為我們熟悉的形式或文件格式，從而為我們所用，所分析。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實際工作或學習中需要用到此類技能的同學、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數據導出方式。
當然，在社區中早就有大佬回答過了這個問題，并給大家制作了相應的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫一篇這樣的文章重新提起這樣一個話題呢？這就又回到了我開頭所說的“原理與方法”，我在此更希望面對想要進一步學習了解軟件背后機理的群體，并在此基礎上保留教學的簡潔性，提供導出矩陣與轉換、列式、求解的源代碼，使其既兼顧基本原理，又可以讓大家直接上手使用，非常的便捷，也避免了很多因為優化不完全導致的運行bug。
2.有限元軟件導出剛度矩陣與質量矩陣的方法
在使用APDL進行求解時，每次在求解完成后都會在工作路徑下生成一個.full文件，而這個文件十分關鍵，其正是剛度矩陣與質量矩陣的所在之處。
展開 
ANSYS模型剛度、質量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
=MASS：輸出質量矩陣。可用于特征值屈曲、子結構分析、模態分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態分析。
rhs---右邊項輸出控制（右邊項指用矩陣所表示方程的等號右端矢量，這里可為節點荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態分析時，因僅LANB和QR法可生成完整的質量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時才可使用HBMAT命令得到質量矩陣文件。
這個是Ansys幫助文件中對HBMAT命令的解釋，在Ansys分析中，會在根目錄下形成.full的二進制文件，里面存儲的就是已經組合好的剛度和質量矩陣，只是是以二進制文件的形式存在，通過HBMAT命令可以將二進制文件轉換為可以使用的十進制文件，十進制文件是以txt的形式存放在根目錄下。
打開生成的十進制文件，發現并沒有得到我們所想象的剛度、質量矩陣的形式，而是一長串的數字。這是因為，Ansys中的矩陣文件是以稀疏矩陣的形式存儲的，得到的十進制文件，只是給出了矩陣中元素對應的位置和值，我們需要對這一串數字進行整理才能得到原始的矩陣形式。這就需要明確十進制文件中數字的排列規律。
文件基本格式是前面有4或5行描述數據，其后為單列矩陣元素值，說明如下：
第1行：格式（A72），為文件頭的字符型解釋，如剛度矩陣或質量矩陣等標題。
第2行：格式（5I14），分別表示該文件的總行數（不包括文件頭）、矩陣列指針的總行數、矩陣行索引的總行數、矩陣元素數值的總行數、右邊項總行數。
第3行：格式（A3,11X,4I14），分別為矩陣類型、矩陣行數、矩陣列數、矩陣行索引數（對組裝后的矩陣，該值等于矩陣行索引數）、單元元素數（對組裝后的矩陣此值為0）。
展開 ANSYS知識普及1——如何提取模態質量（ANSYS專家編輯，非原創，歡迎轉摘）
本人準備出一個ANSYS知識普及系列，將有用的網上資料歸攏，由于知識水平有限，不對之處請諒解。也歡迎各位網友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個ANSYS知識普及系列。
編輯人：技術鄰ANSYS專家
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
（打個小廣告）
聲 明:1、ANSYS知識普及系列中所有資料均來自網上；
2、如侵犯知識產權，請聯系ANSYS專家本人或者技術鄰，我將第一時間刪除。
下面是《ANSYS Verification Manual》中VM89.DAT稍加修改后提取模態質量的例子：
/PREP7
/TITLE, VM89, NATURAL FREQUENCIES OF A TWO-MASS-SPRING SYSTEM
C*** VIBRATION THEORY AND APPLICATIONS, THOMSON, 2ND PRINTING, PAGE 163,EX 6.2-2
ET,1,COMBIN14,,,2
ET,2,MASS21,,,4
R,1,200 ! SPRING CONSTANT = 200
R,2,800 ! SPRING CONSTANT = 800
R,3,.5 ! MASS = .5
R,4,1 ! MASS = 1
N,1
N,4,1
FILL
E,1,2 ! SPRING ELEMENT (TYPE,1) AND K = 200 (REAL,1)
TYPE,2
REAL,3
E,2 ! MASS ELEMENT (TYPE,2) AND MASS = .5 (REAL,3)
TYPE,1
REAL,2
E,2,3 !
展開 ANSYS如何獲取結構的總質量
結構質量
*status,MASS
!=================
MASS顯示如下：
理論求解：
（0.6*0.6*3.3*2+0.3*0.6*3.6）*2*2600=15724.8 Kg
可見兩者并無差別，這個小技能你GET到了嗎？
關注公眾號：ANSYS結構院 很有必要
ansys如何輸出高質量的圖片
對體和面來說，ANSYS默認的結果輸出格式是云圖格式，而這種彩色云圖打印為黑白圖像時對比很不明顯，無法表達清楚，這對于發表文章來說是非常不便的。發文章所用的結果圖最好是等值線圖，并且最好是黑白的等值線圖。筆者原來進行這項工作時一般借用photoshop等第三方軟件，很麻煩，并且效果不好。現通過摸索，發現通過靈活運用ansys本身也能實現這項功能。現將步驟寫給大家，感謝caenet對我的幫助。
hypermesh-ansys聯合仿真之質量單元
質量單元屬于0維單元，ANSYS提供了質量單元mass21，該單元有6個自由度，3個平動自由度和3個繞軸的轉動自由度，可以分別設置不同方向上的不同質量和轉動慣量，但是一般3個平動方向上的質量是相同的，而3個轉動方向上的轉動慣量可能分別不同。轉動慣量可能對某些非轉動模態影響較小甚至可以忽略，但是對某些模態影響比較明顯，所以在較容易獲得部件轉動慣量的情況下盡量將部件簡化為質量單元時輸入每個方向上的轉動慣量參數。
質量單元的另一個功能是作為輔助單元使用，在利用hypermesh為ANSYS求解器建模前處理時，涉及到不同零部件單元之間的連接裝配，此時在一些連接單元的節點上需要安放一個單元才能在導入ANSYS計算時正常進行，下面舉實例說明。
上圖是一個板通過4個紫色的柱焊接在板的4個孔上，建模是通過CERIG單元將板與柱在焊接位置剛性連接，然后在4個柱的頂端安裝在其他部件上，這里將柱的頂端連接到同一個節點上（節點號為4417），然后在該節點上施加固定約束邊界條件。建好模型后導出CBD文件并讀入ANSYS進行模態求解，開始求解時報出如下圖錯誤。
報錯信息顯示為，約束方程1有未使用的節點4417。主要原因是hypermesh中的CERIG單元轉化到ANSYS是約束方程。在建立節點耦合時，比如將若干單元的節點自由度耦合到一個新建的節點時，這個新建節點比如依附于某個單元，否則求解時就會報出上述錯誤信息，這里的解決方案就是在節點4417處建立一個mass21單元，為了消除mass21單元對求解結果的影響需將mass21的質量屬性設置到非常低，特別是在模態求解時，質量會嚴重影響模態求解結果，效果如下圖。
展開 基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩陣提取工具 —— 剛度矩陣與質量矩陣 ￥30
在有限元分析中，ANSYS 可以導出大規模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對后續二次開發、動力學分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個 MATLAB 函數，可直接從 ANSYS 導出的 HB 矩陣文件中讀取并重構成 MATLAB 稀疏矩陣：
1.剛度矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的剛度矩陣 HB 文件（stiff.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 K，可直接用于動力學計算或驗證
支持自動對稱化，保證數值正確
2.質量矩陣提取函數
輸入：ANSYS 導出的質量矩陣 HB 文件（mass.txt）
輸出：MATLAB 稀疏矩陣 M
使用與剛度矩陣同樣的解析邏輯，無需額外修改
案例說明：
本文以高速鐵路接觸網結構為例，展示了如何將 ANSYS 中導出的稀疏剛度矩陣和質量矩陣，在 MATLAB 中完整展開，并進行后續動力學分析準備。
通過該方法，可以將大規模有限元矩陣快速轉化為 MATLAB 可操作形式，為自定義振動分析、模態分析及其他科研或工程應用提供基礎。
優勢與應用：
支持大規模稀疏矩陣解析
自動對稱化，保證數值精度
適用于剛度矩陣、質量矩陣、其他 HB 格式矩陣
可作為動力學求解器或后處理工具的基礎模塊
使用方法：
1.使用以下代碼對ansys中生成的質量及剛度矩陣進行提取，file,5,full（5為工作目錄下full文件的文件名，例如：filename.full）。
展開 ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取
這時用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取.rar
Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機：3D 場景中的圖像質量分析
在本例中，我們介紹了一個仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環境中，從光學系統和CMOS成像器的組合中分析相機系統的圖像質量。此示例主要涵蓋整個工作流程中的Ansys Speos部分。該光學系統采用Ansys Zemax OpticStudio設計，并導出到Ansys Speos進行系統級分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設計，并導出至Ansys Speos。
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概述
在相機系統中，CMOS（互補金屬氧化物半導體）成像器是一種電子元件，其中入射吸收的光子產生可以進行數字處理的光電流。在本例中，我們使用Ansys完整的光學解決方案，將Zemax OpticStudio的光學系統信息以及Lumerical的CMOS成像器導入Speos，在3D場景中進行完整的相機系統分析，并仿真成像儀生成的電子地圖。在仿真整個光學系統時，這種互操作性工作流程考慮了宏觀相機鏡頭與CMOS圖像傳感器微觀結構之間的相互作用。借助 Speos 處理逼真照明和基于光度學/輻射物理場的渲染功能，用戶可以輕松優化組件，并構建圖像傳感器記錄的最終電子地圖的準確視圖，以設計基于應用的相機。
此虛擬解決方案需要四個主要工具
1. Zemax OpticStudio 和Speos Lens System Importer ，用于導出 Zemax OpticStudio 中設計的鏡頭模型，供 Speos 使用
2. Speos 用于在 CMOS 成像儀前生成光譜輻照度圖
3. Lumerical FDTD和CHARGE，用于計算傳感器的量子效率作為入射角和波長的函數
4.
展開 巧用Icepak參數功能獲得零件質量(附最新ANSYS官方解決方案)
ICEPAK會自動跳出參數化的計算面板，面板將列出計算的所有工況名稱，定義的函數等，如圖:
可見，無block時，完整散熱器質量0.7388kg，有block時，不完整散熱器和block質量之和恰好等于完整散熱器，可見驗證準確。
3. 說明
本文為對比block存在和不存在2種情況，設置了block的active參數。實際算例時，只需設置散熱器底板厚度一個參數，只需一個工況，即Parameters and optimization面板內選擇single trial。
===========分割線，以上為正文==========
2017年，ANSYS官方客服給出了解決方案，詳情請掃碼本人個人微信公眾號(2019年10月17日文章)：
展開 提取ANSYS中的剛度矩陣和質量矩陣到MATLAB中進行二次開發 ￥88
最近在考慮自己編寫的程序和商用軟件的驗證問題，有限元結構分析中最關鍵的一環就是剛度矩陣的獲得，如果涉及到模態分析，還有質量矩陣。考慮到商業軟件的成熟性，可以用ANSYS生成的剛度矩陣做參照來看自己編寫的程序是否正確，因此如何提取ANSYS中結構的剛度矩陣，并進行隨后的驗證或者二次開發是一個問題。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796144
受上述帖子的啟發，使用MATLAB提取ANSYS中的剛度和質量矩陣，并進行模態分析驗證提取的矩陣的正確性。
首先，在ANSYS中使用HBMAT命令方法提取整體矩陣。
命令：HBMAT,fname,ext,--,form,matrx,rhs
其中：
Fname---輸出矩陣的路徑和文件名，缺省為當前工作路徑和當前工作文件名。
ext---輸出矩陣文件的擴展名，缺省為.matrix。
form---定義輸出矩陣文件的格式，其值可取：
=ASCII：ASCII碼格式；
=BIN：二進制格式。
matrix---定義輸出矩陣的類型，其值可取：
=STIFF：輸出剛度矩陣。可用于寫入了.FULL文件的任何類型的分析。
=MASS：輸出質量矩陣。可用于特征值屈曲、子結構分析、模態分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態分析。
rhs---右邊項輸出控制（右邊項指用矩陣所表示方程的等號右端矢量，這里可為節點荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態分析時，因僅LANB和QR法可生成完整的質量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時才可使用HBMAT命令得到質量矩陣文件。
展開 『分享』ANSYS中整體、單元剛度和質量矩陣的提取
、整體剛度和質量矩陣的提取。
該功能需要進行二次開發，由ansys形成
的二進制文件.full提取整體剛度和質量
矩陣。
基于ansys的一個用戶開發程序例子編
了一個程序（附件中）。
開發環境：compaq fortran 6.5
運行環境：win2000。
一個主文件：self.for，
另一個文件matrixout.f90用于矩陣輸出
binlib.lib為ansys提供的庫文件，將其
引入項目中（也可直接扔進debug目錄）
.full文件由子空間迭代模態分析獲得。
運行編譯后的可執行文件.exe
2、單元剛度和質量矩陣的提取。
/DEBUG命令。詳細說明可由以下轉載文章
finish
/clear
PI=3.1415926
w1=3
w2=10
w3=6
w4=1.2
r=.8
t=0.08
/PREP7
!*
ET,1,SHELL63
R,1,t
ET,2,MASS21
R,2,500,500,500,2000,2000,2000,
!*
UIMP,1,EX, , ,2e11
UIMP,1,NUXY, , ,0.3,
UIMP,1,DAMP, , ,0.2,
UIMP,1,DENS, , ,7800,
BLC4,0,0,w2,w1
ESIZE,1.5,0,
AMESH,all
NSEL,S,LOC,X,0.0
D,all, , , , , ,ALL, , , , ,
allsel,all
SFA,all,1,PRES,12
FINISH
/OUTPUT,cp,out,, !
展開 