剛度矩陣與質(zhì)量矩陣提取
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2025-11-10
剛度矩陣與質(zhì)量矩陣提取的視頻教程
ANSYS模態(tài)綜合法建模教程6講
6 ANSYS模態(tài)綜合法建模5-剛度矩陣及質(zhì)量矩陣提取 注：本課程提供免費(fèi)試看，訂閱用戶贈(zèng)送ANSYS中文幫助及建模程序，并且提供講師 答疑和資料模型下載服務(wù)等。
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剛度矩陣與質(zhì)量矩陣提取的實(shí)例教程
指定輸出單元矩陣
/SOLU
SOLVE
finish
/OUTPUT, TERM ! 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
3.
其原理很簡單，即使用ansys的超單元即可解決問題。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 其可以直接導(dǎo)出full文件中的矩陣數(shù)據(jù)，而通過我下面給大家提供的源代碼便可以直接將導(dǎo)出的質(zhì)量矩陣與剛度矩陣直接轉(zhuǎn)化為matlab中可使用變量，實(shí)現(xiàn)我們的矩陣提取操作。
Hbmat法：
! 提取剛度矩陣
/AUX2
FILE,'file',full ! 將’file’改為自己路徑下的.full文件名
HBMAT, 'Stiffness_mat', dat, , ASCII, STIFF, YES, YES !剛度矩陣
HBMAT, 'Mass_mat', dat, ,ASCII, MASS, YES, YES ! 質(zhì)量矩陣
FINISH
成功導(dǎo)出后你會在你的工作路徑中看到儲存在Ansys中的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣。
2.2GUI方法
目前大部分此類教程都忽略了最基本的GUI方法，可能是自動(dòng)帶入了經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師角色，但對于初學(xué)者而言，GUI方法十分有助于理解與學(xué)習(xí)有限元軟件，因此我也將介紹提取剛度質(zhì)量矩陣的GUI方法。
從而我們便能導(dǎo)出所需要的剛度矩陣與質(zhì)量矩陣源文件了。
3.源代碼的使用與轉(zhuǎn)換（使用方法）
我們打開所導(dǎo)出剛度矩陣會發(fā)現(xiàn)里面的數(shù)字比較混亂，一時(shí)間分不出哪些是我們需要的數(shù)據(jù)，也沒有辦法直接拿它用來計(jì)算，這時(shí)，我們便需要使用我們自己的矩陣轉(zhuǎn)換m文件，其可以自動(dòng)幫我們提取出剛度矩陣與質(zhì)量矩陣，并生成matlab中的矩陣變量形式，我們可以直接運(yùn)用這段源代碼來進(jìn)行操作。
展開 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)勢與應(yīng)用：
支持大規(guī)模稀疏矩陣解析
自動(dòng)對稱化，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 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
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 存儲為Stiff.txt
hbmat,Mass,txt,,ascii,mass,yes,yes !提取質(zhì)量矩陣 存儲為Mass.txt
Finish
提取其前10階模態(tài)如下：
通過MATLAB對文件提取并處理后，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 
剛度矩陣與質(zhì)量矩陣提取的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
剛度矩陣與質(zhì)量矩陣提取的最新內(nèi)容
優(yōu)勢與應(yīng)用：
支持大規(guī)模稀疏矩陣解析
自動(dòng)對稱化，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）。
TransferMatrix：導(dǎo)出Abaqus剛度矩陣10個(gè)月前
本期給大家推薦一款由木木自研的小工具：TransferMatrix，主要用于導(dǎo)出 Abaqus 中各種剛度矩陣，方便和自研的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)對比，基于 Pyside6 搭建的軟件界面，用戶僅需導(dǎo)入 inp 文件，就可以自動(dòng)調(diào)用電腦內(nèi)的 Abaqus 進(jìn)行計(jì)算分析，不受限于 Abaqus 版本，可以導(dǎo)出：
單元?jiǎng)偠染仃?單元質(zhì)量矩陣
單元分布節(jié)點(diǎn)荷載列陣
整體剛度矩陣
ABAQUS 剛度矩陣11個(gè)月前
我有個(gè)abaqus的問題，你們幫幫我出出主意。 是這樣的：
1，TestElement.py 是編寫的測試代碼，可輸出8結(jié)點(diǎn)線性單元的剛度矩陣。
2，abaqus文件Job-testing.inp ，運(yùn)行可以輸出單元?jiǎng)偠染仃嚒? 問題是：他們的結(jié)點(diǎn)坐標(biāo)/排序，材料參數(shù)都一致， 但得到的剛度矩陣就不一樣。
需要：代碼輸出的剛度矩陣與abaqus得到的剛度矩陣一致或者基本一致
材料的彈性特征可以使用剛度矩陣來進(jìn)行完全描述。剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計(jì)算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個(gè)用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
由于立方晶體具有對稱性，使用SIESTA模擬軟件計(jì)算可得該模型中有3個(gè)獨(dú)立元素：C11C11，C12C12，和C44C44
材料的彈性特征可以使用剛度矩陣來進(jìn)行完全描述。剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計(jì)算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個(gè)用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
由于立方晶體具有對稱性，使用SIESTA模擬軟件計(jì)算可得該模型中有3個(gè)獨(dú)立元素：C11C11，C12C12，和C44C44
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？
材料的彈性特征可以使用剛度矩陣來進(jìn)行完全描述。剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計(jì)算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個(gè)用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
由于立方晶體具有對稱性，使用SIESTA模擬軟件計(jì)算可得該模型中有3個(gè)獨(dú)立元素：C11C11，C12C12，和C44C44
基于matlab的實(shí)現(xiàn)四節(jié)點(diǎn)板單元?jiǎng)偠染仃嚽蠼猓駝?dòng)模態(tài)分析。可自主輸入材料參數(shù)，板單元長寬厚尺寸。輸出振型結(jié)果，輸出多少階可自主設(shè)置。最后以可視化的形式展示，程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
基于matlab的平面桁架結(jié)構(gòu)的總體剛度矩陣計(jì)算，最后以圖形形式顯示出桁架結(jié)構(gòu)，程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
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
