ansys平動(dòng)質(zhì)量的案例
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 ANSYS模型剛度、質(zhì)量矩陣快速提取小軟件—km_from_Ansys ￥88
=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)。
第3行：格式（A3,11X,4I14），分別為矩陣類型、矩陣行數(shù)、矩陣列數(shù)、矩陣行索引數(shù)（對(duì)組裝后的矩陣，該值等于矩陣行索引數(shù)）、單元元素?cái)?shù)（對(duì)組裝后的矩陣此值為0）。
展開 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
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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 ANSYS如何獲取結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量
結(jié)構(gòu)質(zhì)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(gè)小技能你GET到了嗎？
關(guān)注公眾號(hào)：ANSYS結(jié)構(gòu)院 很有必要
ansys如何輸出高質(zhì)量的圖片
對(duì)體和面來說，ANSYS默認(rèn)的結(jié)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(shí)對(duì)比很不明顯，無法表達(dá)清楚，這對(duì)于發(fā)表文章來說是非常不便的。發(fā)文章所用的結(jié)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(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)一般借用photoshop等第三方軟件，很麻煩，并且效果不好。現(xiàn)通過摸索，發(fā)現(xiàn)通過靈活運(yùn)用ansys本身也能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。現(xiàn)將步驟寫給大家，感謝caenet對(duì)我的幫助。
hypermesh-ansys聯(lián)合仿真之質(zhì)量單元
質(zhì)量單元屬于0維單元，ANSYS提供了質(zhì)量單元mass21，該單元有6個(gè)自由度，3個(gè)平動(dòng)自由度和3個(gè)繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可以分別設(shè)置不同方向上的不同質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但是一般3個(gè)平動(dòng)方向上的質(zhì)量是相同的，而3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可能分別不同。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可能對(duì)某些非轉(zhuǎn)動(dòng)模態(tài)影響較小甚至可以忽略，但是對(duì)某些模態(tài)影響比較明顯，所以在較容易獲得部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的情況下盡量將部件簡(jiǎn)化為質(zhì)量單元時(shí)輸入每個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)。
質(zhì)量單元的另一個(gè)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(shí)，涉及到不同零部件單元之間的連接裝配，此時(shí)在一些連接單元的節(jié)點(diǎn)上需要安放一個(gè)單元才能在導(dǎo)入ANSYS計(jì)算時(shí)正常進(jìn)行，下面舉實(shí)例說明。
上圖是一個(gè)板通過4個(gè)紫色的柱焊接在板的4個(gè)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(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)上（節(jié)點(diǎn)號(hào)為4417），然后在該節(jié)點(diǎn)上施加固定約束邊界條件。建好模型后導(dǎo)出CBD文件并讀入ANSYS進(jìn)行模態(tài)求解，開始求解時(shí)報(bào)出如下圖錯(cuò)誤。
報(bào)錯(cuò)信息顯示為，約束方程1有未使用的節(jié)點(diǎn)4417。主要原因是hypermesh中的CERIG單元轉(zhuǎn)化到ANSYS是約束方程。在建立節(jié)點(diǎn)耦合時(shí)，比如將若干單元的節(jié)點(diǎn)自由度耦合到一個(gè)新建的節(jié)點(diǎn)時(shí)，這個(gè)新建節(jié)點(diǎn)比如依附于某個(gè)單元，否則求解時(shí)就會(huì)報(bào)出上述錯(cuò)誤信息，這里的解決方案就是在節(jié)點(diǎn)4417處建立一個(gè)mass21單元，為了消除mass21單元對(duì)求解結(jié)果的影響需將mass21的質(zhì)量屬性設(shè)置到非常低，特別是在模態(tài)求解時(shí)，質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重影響模態(tài)求解結(jié)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(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，無需額外修改
案例說明：
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，并進(jìn)行后續(xù)動(dòng)力學(xué)分析準(zhǔn)備。
通過該方法，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 ANSYS中整體、單元?jiǎng)偠群?em>質(zhì)量矩陣的提取
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?jiǎng)偠群?em>質(zhì)量矩陣的提取.rar
Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機(jī)：3D 場(chǎng)景中的圖像質(zhì)量分析
在本例中，我們介紹了一個(gè)仿真工作流程，用于在具有不同照明條件的特定環(huán)境中，從光學(xué)系統(tǒng)和CMOS成像器的組合中分析相機(jī)系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。此示例主要涵蓋整個(gè)工作流程中的Ansys Speos部分。該光學(xué)系統(tǒng)采用Ansys Zemax OpticStudio設(shè)計(jì)，并導(dǎo)出到Ansys Speos進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)分析。CMOS成像器采用Ansys Lumerical設(shè)計(jì)，并導(dǎo)出至Ansys Speos。
下載
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概述
在相機(jī)系統(tǒng)中，CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）成像器是一種電子元件，其中入射吸收的光子產(chǎn)生可以進(jìn)行數(shù)字處理的光電流。在本例中，我們使用Ansys完整的光學(xué)解決方案，將Zemax OpticStudio的光學(xué)系統(tǒng)信息以及Lumerical的CMOS成像器導(dǎo)入Speos，在3D場(chǎng)景中進(jìn)行完整的相機(jī)系統(tǒng)分析，并仿真成像儀生成的電子地圖。在仿真整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，這種互操作性工作流程考慮了宏觀相機(jī)鏡頭與CMOS圖像傳感器微觀結(jié)構(gòu)之間的相互作用。借助 Speos 處理逼真照明和基于光度學(xué)/輻射物理場(chǎng)的渲染功能，用戶可以輕松優(yōu)化組件，并構(gòu)建圖像傳感器記錄的最終電子地圖的準(zhǔn)確視圖，以設(shè)計(jì)基于應(yīng)用的相機(jī)。
此虛擬解決方案需要四個(gè)主要工具
1. Zemax OpticStudio 和Speos Lens System Importer ，用于導(dǎo)出 Zemax OpticStudio 中設(shè)計(jì)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(jì)算傳感器的量子效率作為入射角和波長的函數(shù)
4.
展開 巧用Icepak參數(shù)功能獲得零件質(zhì)量(附最新ANSYS官方解決方案)
ICEPAK會(huì)自動(dòng)跳出參數(shù)化的計(jì)算面板，面板將列出計(jì)算的所有工況名稱，定義的函數(shù)等，如圖:
可見，無block時(shí)，完整散熱器質(zhì)量0.7388kg，有block時(shí)，不完整散熱器和block質(zhì)量之和恰好等于完整散熱器，可見驗(yàn)證準(zhǔn)確。
3. 說明
本文為對(duì)比block存在和不存在2種情況，設(shè)置了block的active參數(shù)。實(shí)際算例時(shí)，只需設(shè)置散熱器底板厚度一個(gè)參數(shù)，只需一個(gè)工況，即Parameters and optimization面板內(nèi)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(qǐng)掃碼本人個(gè)人微信公眾號(hào)(2019年10月17日文章)：
展開 提取ANSYS中的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣到MATLAB中進(jìn)行二次開發(fā) ￥88
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 
『分享』ANSYS中整體、單元?jiǎng)偠群?em>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為ansys提供的庫文件，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?jiǎng)偠群?em>質(zhì)量矩陣的提取。
/DEBUG命令。詳細(xì)說明可由以下轉(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 ansys平動(dòng)質(zhì)量的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
ansys平動(dòng)質(zhì)量數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量分析abaqus剛體平動(dòng)ansys模型質(zhì)量質(zhì)量ansys質(zhì)量單元加質(zhì)量ansys質(zhì)量點(diǎn)的質(zhì)量 Ansys 零平動(dòng)質(zhì)量軸向平動(dòng) 質(zhì)量矩陣ansys平動(dòng)耦合矩陣節(jié)點(diǎn)集 errnodespanodenomass 中的節(jié)點(diǎn)沒有分配質(zhì)量，并且這些節(jié)點(diǎn)的某些平動(dòng)自由度沒有被約束節(jié)點(diǎn)集中包含參考節(jié)點(diǎn)的剛體沒有質(zhì)量關(guān)聯(lián)，參考節(jié)點(diǎn)的某些自由度不受約束。要么質(zhì)量必須被定義，要么所有的平動(dòng)自由度必須被約束。節(jié)點(diǎn)集errnoderefnodenomass中包含參考節(jié)點(diǎn)的剛體沒有質(zhì)量關(guān)聯(lián)，參考節(jié)點(diǎn)的某些自由度不受約束。要么質(zhì)量必須被定義，要么所有的平動(dòng)自由度必須被約束。
