ansys幾何剛度的案例
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列12： 幾何梁單元的剛度矩陣 ￥1
我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
iSolver介紹：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
==第12篇：幾何梁單元的剛度矩陣的研究==
一般商用軟件的梁都有兩類：
（1） 一類是已知截面屬性參數的梁，即General梁（也叫參數梁），在Abaqus中創建梁時選擇General就是General梁。
（2） 另一類是已知截面形狀類型和幾何尺寸的梁，即Geometry梁（也叫幾何梁），在Abaqus創建梁截面時選擇除General外的其它選項都是Geometry梁。
實際的梁都是有截面形狀的，也就是幾何Geometry梁，商用軟件分析時都采用兩步走的形式：
（1） 第一步：通過這些截面形狀類型和參數得到構建梁單元所需的基本截面屬性參數，譬如矩形面積=長*寬等。
（2） 第二步：利用上面得到的截面屬性參數組成梁單元的剛度矩陣。
梁相對殼來說，商業軟件的修正方式相對較少，如果自己編程序，采用這些修正方式可以得到和商業軟件完全一致的梁單元剛度矩陣，如果剛度矩陣完全一致，那么對任何的梁的算例都可以得到和商業軟件完全一致的結果了。在本系列第六篇我們討論了General梁單元的剛度矩陣的基本理論和Abaqus的修正方式，Geometry梁的計算方法只是比第一類梁多了一步怎么從截面幾何參數得到截面屬性參數，當然針對不同形狀類型，Abaqus計算截面屬性參數時也做了許多的修正，本篇中將進行討論。
展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列22： 幾何非線性的剛度矩陣求解
我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
自主結構有限元求解器iSolver介紹視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
==第22篇：幾何非線性的剛度矩陣求解==
幾何非線性在界面上是很容易設置的，但商軟內部的處理相當復雜，我們從最基本的剛度矩陣的求解出發，看看在幾何非線性設置后，剛度矩陣具體是怎么實現的。本文首先介紹幾何非線性下的剛度矩陣的理論推導和計算機求解方法，說明理想的求解方式的困難點和猜測Abaqus內部的解決方法。最后利用一個簡單的算例通過對比iSolver和Abaqus的結果，部分驗證我們對Abaqus幾何非線性的剛度矩陣的實現方式的猜測。
1.1 幾何非線性的剛度矩陣推導理論
在前面17章：幾何非線性的物理含義中，我們提到如果是非線性系統，應變能W隨t的變化就是個非線性過程。每個時刻點可以求出一個斜率，這個斜率最終會形成當前時刻點的剛度矩陣。
求導后得到的剛度K：
也就是剛度矩陣將分為兩塊：
（1） 上式的前面一部分稱為材料剛度陣，依然是以前的BDB形式，只不過B換成了當前時刻的應變位移矩陣
（2） 后面新增項一般稱為幾何剛度陣，在Abaqus中稱為初始應力矩陣（initial stress stiffness）。
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
背景
從事結構振動控制、車橋耦合振動、結構健康監測傳感器優化布置、結構動力性能分析等等一系列研究的同仁們應該都面臨過一個同樣的問題—“怎么把結構的剛度和質量矩陣建立出來？”。這對于那些數值分析高手和專家可能不是什么問題；但是對于科研剛入門的新手來說，這個難度還是相當大的。如果都靠自己寫程序來建立有限元模型，則對理論基礎、編程水平都有很高的要求，甚至程序做出來也未必能保證其正確性，是一個很讓人頭疼的問題。
對于一些簡單的被動控制裝置或簡單的動力學分析，當然也可以在有限元分析軟件中構造出裝置組成直接分析（剛度+阻尼類型），但是對于稍復雜一些的控制裝置和耦合分析等問題，會受到平臺功能上的限值，尤其是對于主動和半主動等涉及控制算法的研究來說，基本很難在有限元軟件平臺上實現分析。再加上如果需要對裝置進行參數優化，需要進行多次重復計算，難度就更大。
Ansys、ABAQUS等軟件平臺給我們提供了比較穩定有效的有限元模型建立平臺，通過借助商業軟件來建立模型，再將其中的剛度、質量矩陣導出，是非常可取的一種方法。如果能夠提取出模型的矩陣，明晰計算原理，就能夠很容易的通過自己的程序設計對計算過程進行補充、調整，來達到自己定制的計算分析目的。其實，不僅對于振動控制，比如結構靜動力分析、車橋耦合分析、結構傳感器優化配置方案設計等，都有應用需求。因此，一個能夠便捷的提取結構矩陣的方法就顯得至關重要。
技術鄰平臺已經有大佬提供了ABAQUS軟件剛度和質量矩陣的導出方法。這里補充一下在ANSYS中導出質量和剛度矩陣的方法和小軟件。
2.
展開 
Ansys Zemax | 如何尋找幾何錯誤
概要
這篇文章講解了：
在非序列模式中造成幾何錯誤（錯誤10561）的各種原因。
如何診斷這些錯誤。
介紹
使用 OpticStudio 做設計的時候，必須得知道得到的結果是否是正確的。尤其是在非序列模式下，復雜的幾何模型可以互相嵌套，此時如何知道建模是否有問題呢？
在非序列模式或者混合序列模式中( Mixed Sequential/Non-Sequential Mode)，都可能會遇到幾何錯誤。幾何錯誤會在光線遇到幾何體的某些區域并無法繼續追跡的情況下。這些錯誤會在軟件界面上彈出，并且同時寫入光線數據庫用于后期分析。事實上，看到這些錯誤未必證明系統有問題，相反，這些錯誤提示是用來告訴用戶更多的信息。分析這些錯誤信息可以讓人確信系統建模的正確性。
當遇到幾何錯誤的時候，最重要的是要知道它們是如何產生的，以及如何找到這些信息。在 OpticStudio 中內建了一些重要的工具來，它們可以回答上述問題。
幾何錯誤發生的原因不唯一。在本文中我們會介紹最常見的幾種幾何錯誤的原因，并且說明如何找到并修正它們。這些方法可以幫助您診斷復雜的文件，看看其中的幾何錯誤是否需要著重考慮。最常見的三種幾何錯誤的來源列表在下方：
原因
描述
錯誤的混合序列模式出口或入口位置
混合序列模式的入口和出口不允許和非序列物體相交，也不可以和非序列物體的某個表面完全重合。入口和出口必須和非序列物體保必須持超過膠合距離( glue distance )。
展開 Ansys APDL_導出滿足特定結果條件的模型幾何 ￥9.9
Ansys APDL_導出滿足特定結果條件的模型幾何
一 背景說明
有以下幾種情況：
1. 當只有網格模型，但是需要幾何模型的時候；
2. 想要仿真變形后的幾何文件；
3. 有一個幾何文件，仿真后只要應力大于100MPa處的幾何。
前兩種情況勉強可以通過簡單操作來處理。譬如第一種，可以導出stl文件，然后SCDM對stl文件進行wrap和skin操作，生成像模像樣的幾何體。
第三種情況有點不好處理，所以想到一個流程，并寫成了APDL Command，可以直接在Workbench運行，思路如下：
a. 做一個仿真；
b. 導出db文件到經典界面；
c. 選擇出所有滿足條件的網格；
展開 Ansys Zemax | 如何尋找幾何錯誤 - 第1部分
概要
這篇文章講解了：
在非序列模式中造成幾何錯誤（錯誤10561）的各種原因。
如何診斷這些錯誤。
介紹
使用 OpticStudio 做設計的時候，必須得知道得到的結果是否是正確的。尤其是在非序列模式下，復雜的幾何模型可以互相嵌套，此時如何知道建模是否有問題呢？
在非序列模式或者混合序列模式中( Mixed Sequential/Non-Sequential Mode)，都可能會遇到幾何錯誤。幾何錯誤會在光線遇到幾何體的某些區域并無法繼續追跡的情況下。這些錯誤會在軟件界面上彈出，并且同時寫入光線數據庫用于后期分析。事實上，看到這些錯誤未必證明系統有問題，相反，這些錯誤提示是用來告訴用戶更多的信息。分析這些錯誤信息可以讓人確信系統建模的正確性。
當遇到幾何錯誤的時候，最重要的是要知道它們是如何產生的，以及如何找到這些信息。在 OpticStudio 中內建了一些重要的工具來，它們可以回答上述問題。
幾何錯誤發生的原因不唯一。在本文中我們會介紹最常見的幾種幾何錯誤的原因，并且說明如何找到并修正它們。這些方法可以幫助您診斷復雜的文件，看看其中的幾何錯誤是否需要著重考慮。最常見的三種幾何錯誤的來源列表在下方：
錯誤信息中包含了什么內容？
在混合系列模式出現幾何錯誤的時候，絕大多數情況都是因為錯誤的入口或出口位置擺放。如果切換進純非序列模式中，錯誤信息會包含很多有用的內容，即光線在何處發生了幾何錯誤。系統發出的幾何錯誤提示類似于以下這個：
該錯誤信息提示了第一根光線就沒能正確追跡。
第一行 – 第一行包含了非序列物體表面序號以及發出光線的光源物體序號。此處“非序列物體表面”指的是混合序列模式中作為非序列入口的那個表面。
展開 Ansys CFD軟件幾何與網格前處理基礎培訓
【培訓講師】 上海安世亞太CFD技術專家
【培訓時間】 2023年3月1日~3月3日
【培訓費用】 4500元/人
【培訓等級】 初級
【培訓地點】 上海安世亞太公司，上海市浦東新區平家橋路36號晶耀前灘5號樓9樓（地鐵6/8/11號線東方體育中心站4號口出）
【培訓特色】
—— 精品小班課，資深工程師授課
—— 項目經驗豐富，精準匹配行業
—— 理論與上機結合，教學質量有保障
—— 真實案例教學，貼合企業實際需求
—— 設立分級課程，循序漸進培養仿真能力
—— 安世亞太官方培訓證書，豐富職業履歷
【培訓日程】
第一天上午：
幾何建模功能介紹
幾何修復介紹
CFD仿真前常用功能介紹
SpaceClaim網格功能介紹
案例練習
第一天下午:
網格功能介紹
網格策略
全局/局部網格設置方法
案例練習
第二天上午：
Fluent Meshing網格工具特點介紹
Fluent Meshing導向式工作流介紹
案例練習
第二天下午：
Fluent Meshing高級功能介紹
Fluent Meshing表面網格控制
Fluent Meshing網格修復
Fluent Meshing網格包裹技術
案例練習
第三天上午：
幾何處理高級技巧
網格處理高級技巧
第三天下午：
Fluent求解器中的網格應用技巧
Fluent動網格技巧
CFX動網格控制技巧
案例練習
【報名鏈接】
關注上海安世亞太微信公眾號
回復【JS三月】即可報名
【小貼士】
本次課程有上機操作環節，我們會準備好電腦與軟件；若報名人數超額
展開 ANSYS幾何非線性概述
而對于工程結構而言，非線性或者說非線性行為，是指外部荷載引起工程結構剛度顯著改變的一種行為。如果繪制一個非線性結構的荷載-位移曲線，則力與位移的曲線為非線性函數。
ANSYS非線性主要分為以下三大類：
1.幾何非線性
大應變、大位移、大旋轉
2.材料非線性
塑性、超彈性、粘彈性、蠕變
3.狀態改變非線性
接觸、單元生死
其中幾何非線性和材料非線性是土木工程結構計算中最為常見的兩種類型。
二、結構幾何非線性概念理解
如果一個結構在受荷的過程經歷了大變形，則變化后的幾何形狀能引起非線性行為。
例如，上述例子，桿梢在輕微橫向作用下是柔軟的，當外部橫向荷載加大時，桿的幾何形狀發生改變,力矩臂減小，引起桿的剛化響應。
幾何非線性主要分為如下三種現象：
1. 單元的形狀改變(面積、厚度)，其單獨的單元剛度也將改變
2. 單元的取向發生轉動，其局部剛度在轉化為全局分量時將會發生變化。
3. 單元應變產生較大的平面內應力狀態引起平面法向剛度的改變。
隨著垂直撓度UY的增加，較大的膜應力SX將會導致剛化效應。上述三種情況的關系如下：
三、ANSYS幾何非線性注意事項
1. 建模注意事項
a.單元選擇注意事項
在定義單元類型時，應明白如果分析的過程中有幾何非線性，應確保所選單元類型支持相應的幾何非線性效應。例如shell63單元支持應力剛化和大撓度，但不支持大應變；而shell181則支持所有的三類幾何非線性，可在單元描述的特殊特征列表中找到類似信息。特別是在選擇接觸單元的時候應慎重，有的接觸單元是沒有任何非線性能力，例如CONTAC52.
同時應注意剪切鎖定以及體積鎖定等不可壓縮性所帶來的收斂困難。
展開 ANSYS視頻：Discovery Live 幾何模型培訓
Discovery Live 幾何模型培訓：幾何修復與修改
本視頻分別用一個結構分析的模型和一個CFD分析的模型，來介紹DiscoveryLive的模型編輯及修改功能。介紹了如何利用修改功能，快速實現零件的變化與修改，把零件修改成實際分析中所需要的零件。同時，視頻中也介紹了如何把一個曲面文件進行修復，變成一個分析中需要的實體零件。視頻查看：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5NzEzODQ4Mg==&mid=2651802080&idx=2&sn=205c3ad50f61e0aa34698873044075e3&chksm=bd2570bd8a52f9ab2908b121d835094f9ae33683adf56edd883f9bb7b5f4c1c82ae63e94c079&scene=21#wechat_redirect
展開 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進行解析。
在workbench中實現整個過程的參數化過程除了前幾次文章介紹的模型與網格，還應該包括材料參數的參數化定義。利用Python進行二次開發能夠實現材料參數的自由定義，比如來源于excel表格或者文檔的數據，通過Python代碼的自動讀取，參與到實際的有限元分析進程中。
結構有限元最后的求解過程總是歸結到求解一個大型矩陣方程Ax=b，對于一些情況還需要考慮質量矩陣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，最終將剛度矩陣進行一些處理，例如乘大數法，變成Ax=b的形式，其中A是剛度矩陣，b是節點載荷，x為待求的節點位移，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，此次針對剛度矩陣的提取與解析做一個例子，采用的軟件是ANSYS經典。
在ANSYS中建立一個簡單的模型，劃分網格后共12個節點，定義材料參數，施加約束和載荷后求解。有限元模型如下所示。
待求解結束后，會在工作目錄下生成一個后綴為full的文件，之后即可進行剛度矩陣的提取。
通過主菜單，如下所示。
選擇Matrix后，彈出如下所示的界面。
其中，File 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/質量矩陣還是阻尼矩陣；RHS選項表示是否同時輸出右端項，也即是Ax=b中的b。
打開生成的剛度矩陣文檔，如下所示。
展開 
CAE前處理：SolidWorks幾何分割+Ansys六面體網格劃分
可以借鑒下面的方式，使用CAD軟件對三維模型做幾何清理、幾何分割，然后使用CAE軟件劃分高質量網格。
下面以SolidWorks+Ansys為例。
一、用SolidWorks建立球體，并進行分割。
二、在DM中合并成一個部件，形成多實體部件，
即可實現實體間無接觸且共用節點。
三
、使用Meshing劃分六面體網格。
注：如不切分，劃分六面體網格有如下彈窗
文章來源：設計仿真一體化
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 Zemax | 在OpticStudio中通過幾何光線追跡來模擬楊氏雙縫干涉實驗
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概述
這篇文章旨在介紹楊氏雙縫干涉實驗背后的理論知識，并在OpticStudio中用幾何光線追跡模擬該實驗，最后比較理論和模擬的結果。
簡介
楊氏雙縫干涉實驗是物理學中最著名的實驗之一。這個實驗通過展示光從點光源到干涉圖樣的變化，揭示了光的波動特性。楊氏實驗的結果可以定性地解釋為條紋圖，也可以定量地解釋為相干因子（作為為光源寬度的函數）。兩種理論都會在本文中詳細分析。
本文將討論雙縫實驗背后的理論，并在OpticStudio的非序列模式下對該實驗進行精確建模。
楊氏雙縫干涉實驗
楊氏雙縫干涉衍射實驗是描述空間相干性在干涉條紋形成中所起到的作用的經典裝置。總體布局如下圖所示：
在觀察面上形成的條紋圖案取決于照亮縫隙面的光的空間相干性、雙縫之間分隔的距離以及從縫隙面到觀察面上的傳播距離。雖然將嚴謹的統計數學應用到這個問題上看似艱巨，但一旦認識到觀察到的干涉圖樣只是來自不同點光源的基礎條紋的總和 [Ref. 1, Section 5.2.1] ，擴展光源形成的條紋圖樣實際上是相當明確的。這里我們考慮光源非相干的情況，即光源上的任意兩點以一種不相干的方式隨機輻射，比如熱白熾燈就是非相干光源。
在OpticStudio的非序列模式中，使用幾何光線追跡和表面散射及散射光線的 “重點采樣(Importance Sampling) ”，就可以很好地模擬這種裝置。在觀測面上的基礎條紋圖案是由擴展光源上的每個點形成的，而在OpticStudio中，這種條紋圖案是通過使用矩形探測器對光線進行相干探測來發現的。對基礎條紋圖案的集合（從整個光源的采樣點得到）按強度進行求和，得到合成的條紋圖。
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