ansys中剛度
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys中剛度的實(shí)例教程
最近在考慮自己編寫的程序和商用軟件的驗(yàn)證問題，有限元結(jié)構(gòu)分析中最關(guān)鍵的一環(huán)就是剛度矩陣的獲得，如果涉及到模態(tài)分析，還有質(zhì)量矩陣。考慮到商業(yè)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(jié)構(gòu)的剛度矩陣，并進(jìn)行隨后的驗(yàn)證或者二次開發(fā)是一個(gè)問題。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796144
受上述帖子的啟發(fā)，使用MATLAB提取ANSYS中的剛度和質(zhì)量矩陣，并進(jìn)行模態(tài)分析驗(yàn)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(dāng)前工作路徑和當(dāng)前工作文件名。
ext---輸出矩陣文件的擴(kuò)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(jìn)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(zhì)量矩陣。可用于特征值屈曲、子結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態(tài)分析。
rhs---右邊項(xiàng)輸出控制（右邊項(xiàng)指用矩陣所表示方程的等號(hào)右端矢量，這里可為節(jié)點(diǎn)荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態(tài)分析時(shí)，因僅LANB和QR法可生成完整的質(zhì)量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時(shí)才可使用HBMAT命令得到質(zhì)量矩陣文件。
展開 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。
因此我決定寫下此篇文章來幫助很多實(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了這個(gè)問題，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？這就又回到了我開頭所說的“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 將輸出信息送到output windows中
! 這時(shí)用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質(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
將輸出信息送到output windows中
! 這時(shí)用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質(zhì)量、剛度等矩陣
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(zhì)量矩陣。可用于特征值屈曲、子結(jié)構(gòu)分析、模態(tài)分析。
=DAMP：輸出阻尼矩陣。僅用于有阻尼的模態(tài)分析。
rhs---右邊項(xiàng)輸出控制（右邊項(xiàng)指用矩陣所表示方程的等號(hào)右端矢量，這里可為節(jié)點(diǎn)荷載向量），如rhs=YES則輸出，如rhs=NO則不輸出。
模態(tài)分析時(shí)，因僅LANB和QR法可生成完整的質(zhì)量矩陣，因此也僅采用這兩種方法時(shí)才可使用HBMAT命令得到質(zhì)量矩陣文件。
這個(gè)是Ansys幫助文件中對(duì)HBMAT命令的解釋，在Ansys分析中，會(huì)在根目錄下形成.full的二進(jìn)制文件，里面存儲(chǔ)的就是已經(jīng)組合好的剛度和質(zhì)量矩陣，只是是以二進(jìn)制文件的形式存在，通過HBMAT命令可以將二進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換為可以使用的十進(jìn)制文件，十進(jìn)制文件是以txt的形式存放在根目錄下。
打開生成的十進(jìn)制文件，發(fā)現(xiàn)并沒有得到我們所想象的剛度、質(zhì)量矩陣的形式，而是一長(zhǎng)串的數(shù)字。這是因?yàn)椋?em>Ansys中的矩陣文件是以稀疏矩陣的形式存儲(chǔ)的，得到的十進(jìn)制文件，只是給出了矩陣中元素對(duì)應(yīng)的位置和值，我們需要對(duì)這一串?dāng)?shù)字進(jìn)行整理才能得到原始的矩陣形式。這就需要明確十進(jìn)制文件中數(shù)字的排列規(guī)律。
文件基本格式是前面有4或5行描述數(shù)據(jù)，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(zhì)量矩陣等標(biāo)題。
第2行：格式（5I14），分別表示該文件的總行數(shù)（不包括文件頭）、矩陣列指針的總行數(shù)、矩陣行索引的總行數(shù)、矩陣元素?cái)?shù)值的總行數(shù)、右邊項(xiàng)總行數(shù)。
展開 
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ansys中剛度的最新內(nèi)容
質(zhì)量矩陣
FINISH
成功導(dǎo)出后你會(huì)在你的工作路徑中看到儲(chǔ)存在Ansys中的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣。
考慮到商業(yè)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(jié)構(gòu)的剛度矩陣，并進(jìn)行隨后的驗(yàn)證或者二次開發(fā)是一個(gè)問題。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1796144
受上述帖子的啟發(fā)，使用MATLAB提取ANSYS中的剛度和質(zhì)量矩陣，并進(jìn)行模態(tài)分析驗(yàn)證提取的矩陣的正確性。
這里補(bǔ)充一下在ANSYS中導(dǎo)出質(zhì)量和剛度矩陣的方法和小軟件。
2. 提取方法
Ansys中其實(shí)提供了幾種單元?jiǎng)偠染仃嚭驼w剛度矩陣的提取接口，先做一下簡(jiǎn)單介紹：
（1）單元?jiǎng)偠染仃囂崛。烧w剛度矩陣
首先選擇要提取的單元，通過/debug命令輸出選擇集中的單元?jiǎng)偠染仃嚕俑鶕?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,, !
、整體剛度和質(zhì)量矩陣的提取。
該功能需要進(jìn)行二次開發(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)用戶開發(fā)程序例子編
了一個(gè)程序（附件中）。
開發(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
這時(shí)用編輯器打開cp.out文件，可以看到按單元寫出的質(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
