ANSYS二次开发是指在ANSYS软件平台上进行的程序编写、模块开发、接口设计等定制化开发工作。这种开发能够满足特定用户在结构分析、流体动力学、电磁场分析等领域的特殊需求。ANSYS软件自身提供了较为丰富的二次开发接口,便于用户或第三方开发者进行定制化的开发工作。
在清华大学机械工程系曾攀所涉及的二次开发资料中,主要涉及到使用Fortran、C语言进行ANSYS的二次开发。Fortran语言因其在科学计算领域的先驱地位和数值计算的高效性,被广泛用于编写大型数值计算程序。C语言则以其强大的系统编程能力和灵活的控制结构,在ANSYS二次开发中也非常受欢迎。
在曾攀的资料中提到的有限元分析程序(FEM2D.FOR),是一个使用Fortran语言编写的连续体平面问题的有限元分析程序。该程序可以处理由ANSYS前处理模块导出的节点信息文件(NODE_ANSYS.IN)和单元信息文件(ELEMENT_ANSYS.IN),经过计算分析后,可以输出一般性的结果文件(DATA.OUT)以及专供ANSYS后处理的结果数据文件(FOR_POST.DAT)。
程序的实现原理主要分为以下几个步骤:
1. 读入数据:通过子程序READ_IN读取基本信息文件BASIC.IN、节点信息文件NODE_ANSYS.IN和单元信息文件ELEMENT.ANSYS。
2. 形成单元刚度矩阵:通过子程序FORM_KE计算单元刚度矩阵。
3. 形成整体刚度矩阵:使用半带存储方式形成整体刚度矩阵(BAND_K)。
4. 形成节点载荷向量:通过子程序FORM_P计算节点载荷向量。
5. 处理边界条件:子程序DO_BC处理边界约束条件。
6. 求解方程获得节点位移:子程序SOLVE求解方程组得到节点位移。
7. 计算单元及节点应力:通过子程序CAL_STS完成应力的计算。
程序中的主要变量包括问题类型码ID、节点个数N_NODE、节点载荷个数N_LOAD、自由度N_DOF、单元个数N_ELE、矩阵半带宽N_BAND、有约束的节点个数N_BC等。这些变量在程序中承担着各自的角色,如问题类型码ID用于区分是平面应力问题还是平面应变问题。
此外,程序中还定义了节点坐标数组X(N_NODE)、Y(N_NODE),节点约束数组IJK_U(N_BC,3),节点载荷数组P_IJK(N_LOAD,3),整体刚度矩阵AK(N_DOF,N_BAND),单元刚度矩阵AKE(6,6),位移-应变转换矩阵BB(3,6),弹性矩阵DD(3,3),应力矩阵SS(3,6),节点载荷数组RESULT_N(N_DOF),单元的节点位移向量DISP_E(6),单元的应力分量STS_ELE(N_ELE,3)以及节点的应力分量STS_ND(N_NODE,3)。
接口程序USER_POST.LOG负责与ANSYS后处理进行衔接,使得计算后的结果能够在ANSYS环境下进行可视化处理。
以上内容提供了ANSYS二次开发中使用Fortran、C语言进行程序编写的基本流程,以及如何将自编程序与ANSYS平台衔接的技术细节。这些知识对于进行ANSYS二次开发的工程师来说具有很高的参考价值,同时也为想要掌握ANSYS高级应用的专业人士提供了一条深入学习的道路。