質(zhì)量矩陣提取
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-05
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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質(zhì)量矩陣提取的實(shí)例教程
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 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
ANSYS中整體、單元?jiǎng)偠群?em>質(zhì)量矩陣的提取.rar
、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 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(huì)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(huì)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 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 
質(zhì)量矩陣提取的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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）。
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？
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。
提取質(zhì)量矩陣 存儲為Mass.txt
Finish
運(yùn)行完成后，在根目錄下生成了四個(gè)文件，這便是轉(zhuǎn)換完成的十進(jìn)制文件，接著需要做的就是將十進(jìn)制文件轉(zhuǎn)換為矩陣形式，就是通過工具來實(shí)現(xiàn)。
(3). 通過工具實(shí)現(xiàn)提取
A.
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)過程的參數(shù)化過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)行二次開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)材料參數(shù)的自由定義，比如來源于excel表格或者文檔的數(shù)據(jù)，通過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程總是歸結(jié)到求解一個(gè)大型矩陣方程
1 概述
MSC Nastran模型的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，可以輸出為文本文件。工程實(shí)際中，工程師可以校核、集成矩陣，進(jìn)行第二次開發(fā)，完成商用軟件和自研程序的完美集成。例如：工程師有一個(gè)計(jì)算線性動(dòng)力學(xué)方程組的瞬態(tài)python程序，可以集成MSC Nastran的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。
2 剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的輸出方法
1) 剛度矩陣和質(zhì)量矩陣輸出至punch（.pch）文件
如果需要在其他MSC
==概述==
在CAE領(lǐng)域，從學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室的自研算法到實(shí)現(xiàn)真正的商業(yè)化軟件是一條無比漫長的道路。我們不研究有限元的新方法、新理論，只是研究商用有限元軟件的實(shí)現(xiàn)方式。有限元的理論發(fā)展了幾十年已經(jīng)相當(dāng)成熟，商用有限元軟件同樣也是采用這些成熟的有限元理論，只是在實(shí)際應(yīng)用過程中，商用軟件在這些傳統(tǒng)的理論基礎(chǔ)上會(huì)做相應(yīng)的修正以解決工程中遇到的不同問題，且各家軟件的修正方法都不一樣，每個(gè)主流商用軟件手冊中都會(huì)注明各個(gè)單元的理論采用了哪種理論公式
=======概述=======
EMM(Export Matlab Matrix)是集成在ABAQUS/CAE中的一個(gè)插件，能夠一鍵輸出Abaqus模型的單元及全局剛度、質(zhì)量、載荷矩陣，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換為MATLAB矩陣。
Abaqus可以輸出剛度、質(zhì)量等單元或者全局矩陣。但需要手動(dòng)添加關(guān)鍵詞，較為麻煩，且輸出的.mtx矩陣格式比較亂，不易閱讀。
本工具能一鍵實(shí)現(xiàn)以下功能：
1. 輸出
1 概述
MSC Nastran模型的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣，可以輸出為文本文件。工程實(shí)際中，工程師可以校核、集成矩陣，進(jìn)行第二次開發(fā)，完成商用軟件和自研程序的完美集成。例如：工程師有一個(gè)計(jì)算線性動(dòng)力學(xué)方程組的瞬態(tài)python程序，可以集成MSC Nastran的剛度矩陣和質(zhì)量矩陣。
2 剛度矩陣和質(zhì)量矩陣的輸出方法
1) 剛度矩陣和質(zhì)量矩陣輸出至punch（.pch）文件
如果需要在其他MSC
