ansys 提取剛度的案例
ANSYS剛度矩陣的提取與解析(python解析）
就ansys如何提取剛度矩陣、如何解讀提取的文檔以及利用Python進(jìn)行解析。
在workbench中實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的參數(shù)化過(guò)程除了前幾次文章介紹的模型與網(wǎng)格，還應(yīng)該包括材料參數(shù)的參數(shù)化定義。利用Python進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)材料參數(shù)的自由定義，比如來(lái)源于excel表格或者文檔的數(shù)據(jù)，通過(guò)Python代碼的自動(dòng)讀取，參與到實(shí)際的有限元分析進(jìn)程中。
結(jié)構(gòu)有限元最后的求解過(guò)程總是歸結(jié)到求解一個(gè)大型矩陣方程Ax=b，對(duì)于一些情況還需要考慮質(zhì)量矩陣M和阻尼矩陣C。有限元程序在組裝完所有單元的剛度矩陣后，考慮模型所施加的約束和載荷，最終將剛度矩陣進(jìn)行一些處理，例如乘大數(shù)法，變成Ax=b的形式，其中A是剛度矩陣，b是節(jié)點(diǎn)載荷，x為待求的節(jié)點(diǎn)位移，A和b全為已知量。
基本上各類有限元軟件均能夠提取模型的剛度矩陣，此次針對(duì)剛度矩陣的提取與解析做一個(gè)例子，采用的軟件是ANSYS經(jīng)典。
在ANSYS中建立一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，劃分網(wǎng)格后共12個(gè)節(jié)點(diǎn)，定義材料參數(shù)，施加約束和載荷后求解。有限元模型如下所示。
待求解結(jié)束后，會(huì)在工作目錄下生成一個(gè)后綴為full的文件，之后即可進(jìn)行剛度矩陣的提取。
通過(guò)主菜單，如下所示。
選擇Matrix后，彈出如下所示的界面。
其中，F(xiàn)ile to be read需要指定工作目錄下生成的full文件，Name of file to write為所導(dǎo)出剛度矩陣的文件名稱；Output matrix file format表示文件格式，還有Binary，生成的是文檔文件，選擇Ascii即可；Matrix to write表示輸出的是剛度矩陣/質(zhì)量矩陣還是阻尼矩陣；RHS選項(xiàng)表示是否同時(shí)輸出右端項(xiàng)，也即是Ax=b中的b。
打開(kāi)生成的剛度矩陣文檔，如下所示。
展開(kāi) 提取ANSYS中的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣到MATLAB中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā) ￥88
模態(tài)分析完成后，在ansys中運(yùn)行HBMAT命令得到十進(jìn)制文件：
! 獲取矩陣十進(jìn)制文件
/aux2
file,Frame,full !與文件名一致
hbmat,Stiff,txt,,ascii,stiffness,yes,yes !提取剛度矩陣 存儲(chǔ)為Stiff.txt
hbmat,Mass,txt,,ascii,mass,yes,yes !提取質(zhì)量矩陣 存儲(chǔ)為Mass.txt
Finish
提取其前10階模態(tài)如下：
通過(guò)MATLAB對(duì)文件提取并處理后，可以使用spy命令查看稀疏矩陣的分布，剛度矩陣分布和各變量維度如下：
稀疏剛度矩陣的具體分布如下：
稀疏質(zhì)量矩陣的具體分布如下：
計(jì)算矩陣的特征值，利用提取的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣做模態(tài)分析。
與ANSYS中的結(jié)果一致，因此驗(yàn)證了正確性。
在Stiff.mapping文件中，格式是這樣的：
在MATLAB中使用相同的方法提取并整理，如下：
展開(kāi) 如何從Ansys APDL中提取剛度矩陣與質(zhì)量矩陣？ ￥69
1.引論
經(jīng)常使用Ansys、Abaqus等一系列有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算、學(xué)習(xí)的學(xué)生或工程師們都會(huì)知道在有限元分析建模與計(jì)算中剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的重要性。但是由于軟件的黑盒性質(zhì)，大家往往在實(shí)際使用十分成熟的商業(yè)化軟件的過(guò)程中慢慢忽視了有限元及其衍生出的商業(yè)軟件背后的原理與方法。
這時(shí)，不管是在學(xué)習(xí)中還是在工程應(yīng)用中往往都會(huì)遇到一個(gè)同樣的問(wèn)題，那么就是如何將Ansys APDL運(yùn)行中的產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)（例如：剛度矩陣、質(zhì)量矩陣）導(dǎo)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(xiě)下此篇文章來(lái)幫助很多實(shí)際工作或?qū)W習(xí)中需要用到此類技能的同學(xué)、同事們，讓大家更了解Ansys APDL背后的工作原理與數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式。
當(dāng)然，在社區(qū)中早就有大佬回答過(guò)了這個(gè)問(wèn)題，并給大家制作了相應(yīng)的提取矩陣軟件，其軟件具備了簡(jiǎn)單、便捷的操作方式，讓很多想要提取剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的同僚們受益，那么我為什么還要寫(xiě)一篇這樣的文章重新提起這樣一個(gè)話題呢？這就又回到了我開(kāi)頭所說(shuō)的“原理與方法”，我在此更希望面對(duì)想要進(jìn)一步學(xué)習(xí)了解軟件背后機(jī)理的群體，并在此基礎(chǔ)上保留教學(xué)的簡(jiǎn)潔性，提供導(dǎo)出矩陣與轉(zhuǎn)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?yàn)閮?yōu)化不完全導(dǎo)致的運(yùn)行bug。
2.有限元軟件導(dǎo)出剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的方法
在使用APDL進(jìn)行求解時(shí)，每次在求解完成后都會(huì)在工作路徑下生成一個(gè).full文件，而這個(gè)文件十分關(guān)鍵，其正是剛度矩陣與質(zhì)量矩陣的所在之處。
展開(kāi) ANSYS模型剛度、質(zhì)量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
提取方法
Ansys中其實(shí)提供了幾種單元剛度矩陣和整體剛度矩陣的提取接口，先做一下簡(jiǎn)單介紹：
（1）單元剛度矩陣提取，集成整體剛度矩陣
首先選擇要提取的單元，通過(guò)/debug命令輸出選擇集中的單元剛度矩陣，再根據(jù)結(jié)構(gòu)的單元連接信息，組合成整體剛度矩陣，命令如下：
/OUTPUT,cp,out,, ! 將輸出信息送到cp.out文件
/debug,-1,,,1 ! 指定輸出單元矩陣
/SOLU
SOLVE
finish
/OUTPUT, TERM ! 將輸出信息送到output windows中
感受：這個(gè)方法很直接，但稍顯麻煩，需要提取到結(jié)構(gòu)的單元組成信息、節(jié)點(diǎn)信息以及單元剛度矩陣等，對(duì)于稍大一些結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可能需要1個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能完成。
（2）超單元方法
/solu
antype,7 !substructuring分析類型
seopt,matname,1 !設(shè)置文件名稱和剛度矩陣類型(剛度，質(zhì)量，阻尼等)
nsel,all !選擇所有節(jié)點(diǎn)
m,all,all !定義所有節(jié)點(diǎn)自由度為主自由度
solve !求解
selist,matname,3 !列出整體剛度矩陣
這種方法是可以提取到結(jié)構(gòu)整體剛度矩陣的，但是問(wèn)題在于需要指定主自由度，對(duì)于一般結(jié)構(gòu)而言，這個(gè)方法還是適用的，問(wèn)題是如果結(jié)構(gòu)中存在耦合關(guān)系，結(jié)構(gòu)自由度存在依賴關(guān)系，該方法就不太適用了，可能還有其他解決辦法，但是我后來(lái)還是放棄這種方法。
（3）HBMAT命令方法提取整體矩陣
這種方法的適用性比較廣，也是個(gè)人比較推崇的一種方法。
展開(kāi) 
ANSYS中整體、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取
這時(shí)用編輯器打開(kāi)cp.out文件，可以看到按單元寫(xiě)出的質(zhì)量、剛度等矩
陣
ANSYS中整體、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取.rar
基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩陣提取工具 —— 剛度矩陣與質(zhì)量矩陣 ￥30
在有限元分析中，ANSYS 可以導(dǎo)出大規(guī)模稀疏矩陣（如剛度矩陣、質(zhì)量矩陣），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。這些矩陣對(duì)后續(xù)二次開(kāi)發(fā)、動(dòng)力學(xué)分析或自定義求解器非常重要，但由于其稀疏和壓縮存儲(chǔ)形式，直接在 MATLAB 中讀取和使用并不方便。
本文提供了 兩個(gè) MATLAB 函數(shù)，可直接從 ANSYS 導(dǎo)出的 HB 矩陣文件中讀取并重構(gòu)成 MATLAB 稀疏矩陣：
1.剛度矩陣提取函數(shù)
輸入：ANSYS 導(dǎo)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(dòng)力學(xué)計(jì)算或驗(yàn)證
支持自動(dòng)對(duì)稱化，保證數(shù)值正確
2.質(zhì)量矩陣提取函數(shù)
輸入：ANSYS 導(dǎo)出的質(zhì)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(wú)需額外修改
案例說(shuō)明：
本文以高速鐵路接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)為例，展示了如何將 ANSYS 中導(dǎo)出的稀疏剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，在 MATLAB 中完整展開(kāi)，并進(jìn)行后續(xù)動(dòng)力學(xué)分析準(zhǔn)備。
通過(guò)該方法，可以將大規(guī)模有限元矩陣快速轉(zhuǎn)化為 MATLAB 可操作形式，為自定義振動(dòng)分析、模態(tài)分析及其他科研或工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用：
支持大規(guī)模稀疏矩陣解析
自動(dòng)對(duì)稱化，保證數(shù)值精度
適用于剛度矩陣、質(zhì)量矩陣、其他 HB 格式矩陣
可作為動(dòng)力學(xué)求解器或后處理工具的基礎(chǔ)模塊
使用方法：
1.使用以下代碼對(duì)ansys中生成的質(zhì)量及剛度矩陣進(jìn)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(kāi) 『分享』ANSYS中整體、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取
、整體剛度和質(zhì)量矩陣的提取。
該功能需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，由ansys形成
的二進(jìn)制文件.full提取整體剛度和質(zhì)量
矩陣。
基于ansys的一個(gè)用戶開(kāi)發(fā)程序例子編
了一個(gè)程序（附件中）。
開(kāi)發(fā)環(huán)境：compaq fortran 6.5
運(yùn)行環(huán)境：win2000。
一個(gè)主文件：self.for，
另一個(gè)文件matrixout.f90用于矩陣輸出
binlib.lib為ansys提供的庫(kù)文件，將其
引入項(xiàng)目中（也可直接扔進(jìn)debug目錄）
.full文件由子空間迭代模態(tài)分析獲得。
運(yùn)行編譯后的可執(zhí)行文件.exe
2、單元剛度和質(zhì)量矩陣的提取。
/DEBUG命令。詳細(xì)說(shuō)明可由以下轉(zhuǎn)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(kāi) 不同軟件中剛度矩陣提取方法 ￥3
Workbench中剛度矩陣提取方法
Abaqus剛度矩陣提取方法
Optistruct中剛度矩陣提取方法
提取整體剛度矩陣、質(zhì)量矩陣及阻尼矩陣的三種方法
這時(shí)用編輯器打開(kāi)cp.out文件，可以看到按單元寫(xiě)出的質(zhì)量、剛度等矩陣
3.
其原理很簡(jiǎn)單，即使用ansys的超單元即可解決問(wèn)題。定義超單元，然后列出超單元的剛度矩陣即可。
面是一個(gè)小例題，自可明白。
/prep7
k,1
k,2,3000
l,1,2
et,1,beam3
mp,ex,1,2e5
mp,prxy,1,0.3
r,1,5000,2e7,200
lesize,all,,,10
lmesh,all
finish
!----以上正常建立模型，不必施加約束和荷載
/solu
antype,7 !substructuring分析類型
seopt,matname,1 !設(shè)置文件名稱和剛度矩陣類型(剛度，質(zhì)量，阻尼等)
nsel,all !選擇所有節(jié)點(diǎn)
m,all,all !定義所有節(jié)點(diǎn)自由度為主自由度
solve !求解
selist,matname,3 !列出整體剛度矩陣
展開(kāi) ?abaqus提取單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣
abaqus提取單元的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣：
*Output, history, variable=PRESELECT,
*File Format,ASCII
*Element Matrix Output,Elset=Beam-1.Set-2,
File Name=shuchu,Frequency=1,Output File=User Defined,Stiffness=Yes
*End Step
*Step
*Matrix generate，stiffness
*End Step
ANSYS Beam188提取彎矩為例介紹ANSYS定義單元表提取數(shù)據(jù) (解決彎矩圖鋸齒狀） ￥20
在ANSYS中有些數(shù)據(jù)無(wú)法直接訪問(wèn)，需要通過(guò)定義單元表完成單元的結(jié)果的訪問(wèn)。下面就以Beam188單元提取彎矩為例介紹ANSYS定義單元表提取數(shù)據(jù)的詳細(xì)過(guò)程。
1. 首先需要知道在哪里定義單元表：Main Menu>General Postproc>Element Table>Define Table>add
2. 定義你想要的數(shù)據(jù)，這里以Beam188的彎矩為例
2.1 啟動(dòng)ANSYS幫助菜單, 在索引框輸入Beam188然后搜索, 在單元輸出介紹找到彎矩的名稱（代號(hào)）。
2.2 回到ANSYS界面，比如要輸出Mz, 則需要在添加SMISC,3 和SMISC,16 ,如圖
3. 輸出數(shù)據(jù)：Main Menu>General Postproc>Element Table> List E T, 選擇前面定義的SMISC,3 和SMISC,16 輸出單元I和J節(jié)點(diǎn)的Mz數(shù)值，如圖
4. 顯示彎矩云圖：Main Menu>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Line Elem Res, 這里要注意要在LabI 選SMISC,3 LabJ 選SMSCI,16。
輸出彎矩到這就結(jié)束了，小編突然發(fā)現(xiàn)，輸出的彎矩值在每個(gè)單元的I和J處是一樣的（Beam188為2節(jié)點(diǎn)單元），彎矩圖也就成了鋸齒形，于是去問(wèn)了度娘一波，各路盆友給出解決方法，然而并沒(méi)有起作用的，于是乎我又想起來(lái)了“幫助文檔大法”，于是認(rèn)認(rèn)真真將Beam188的幫助文檔閱讀了一遍，功夫不負(fù)有心人，最終。。。
展開(kāi) 
ANSYS的get命令常用操作（信息提取和結(jié)果結(jié)果提取）
ANSYS的get命令常用操作（信息提取和結(jié)果結(jié)果提取）
在ANSYS分析過(guò)程中，*get命令作為一個(gè)提取信息的常用命令，作用非常大，不管是在前處理、求解還是后處理過(guò)程中，都能夠有發(fā)揮的空間，尤其是后處理過(guò)程，對(duì)結(jié)果的批量輸出來(lái)說(shuō)不可缺少。
*get能夠提取的信息相當(dāng)多，其命令語(yǔ)句如下：
*GET, Par, Entity, ENTNUM, Item1, IT1NUM, Item2, IT2NUM
Par：定義的變量名稱，用于存儲(chǔ)提取的數(shù)據(jù)；
Entity：關(guān)鍵字，是信息提取的對(duì)象，包括NODE, ELEM, KP, LINE, AREA, VOLU, PDS等；
ENTNUM：當(dāng)前對(duì)象的數(shù)字標(biāo)識(shí)，比如節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)，單元的單元號(hào)等；
Item1：提取的信息，可用的非常多，后面展開(kāi)；
IT1NUM：和Item1配合使用。
由于*get的功用實(shí)在太多，不就一一列舉，單就常用的枚舉。
展開(kāi) ANSYS知識(shí)普及1——如何提取模態(tài)質(zhì)量（ANSYS專家編輯，非原創(chuàng)，歡迎轉(zhuǎn)摘）
本人準(zhǔn)備出一個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列，將有用的網(wǎng)上資料歸攏，由于知識(shí)水平有限，不對(duì)之處請(qǐng)諒解。也歡迎各位網(wǎng)友提供好的資料分享，讓我們共同完成這個(gè)ANSYS知識(shí)普及系列。
編輯人：技術(shù)鄰ANSYS專家
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/content/other/402981
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聲 明:1、ANSYS知識(shí)普及系列中所有資料均來(lái)自網(wǎng)上；
2、如侵犯知識(shí)產(chǎn)權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系ANSYS專家本人或者技術(shù)鄰，我將第一時(shí)間刪除。
下面是《ANSYS Verification Manual》中VM89.DAT稍加修改后提取模態(tài)質(zhì)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(kāi) ANSYS workbench中質(zhì)心的提取方法 ￥88
在ansys中，我們經(jīng)常需要提取模型的質(zhì)心，查看其質(zhì)心的位置，以及動(dòng)力學(xué)中查看質(zhì)心的移動(dòng)軌跡，并非某一參考點(diǎn)的移動(dòng)軌跡。在ansys軟件中很容易查看模型，或者某一組件的質(zhì)心如圖所示。只需要在幾何模型中選中模型，然后再property中查看坐標(biāo)即可。但是這種為靜態(tài)結(jié)果，也就是初始狀態(tài)的結(jié)果
如果要查看模型在受力作用下發(fā)生了變形，那么對(duì)應(yīng)的質(zhì)心顯然會(huì)發(fā)生移動(dòng)。但是在這種情況下怎么查看質(zhì)心呢。一個(gè)近似的方法可以如下方式：
在后處理中插入自定義的結(jié)果loc-defy，可以得到模型變形后的坐標(biāo)，然后查看average的結(jié)果，就是質(zhì)心的結(jié)果，該方法根據(jù)變形量的平均效果來(lái)得到質(zhì)心的，如下所示
但是真正的質(zhì)心提取方法并非上面的方式，需要準(zhǔn)確獲得，需要采用下面的命令
upcoord,1更新模型單元位置
展開(kāi) ANSYS Workbench中如何提取截面內(nèi)力 ￥3.9
在土木及水利設(shè)計(jì)中，截面內(nèi)力是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中極為重要的參數(shù)，也是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要依據(jù)。本文重點(diǎn)介紹如何在Workbench平臺(tái)自定義截面并獲得相應(yīng)截面的內(nèi)力，并將其結(jié)果輸出。方法簡(jiǎn)單，操作易上手！最終結(jié)果顯示如下：
具體步驟為：1、自定義創(chuàng)建截面，這里建議采用局部坐標(biāo)系的方法建立截面位置；
