ANSYS變參數(shù)交互式仿真的研究與實(shí)現(xiàn)

王紅軍

(遼寧衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院公共基礎(chǔ)部，遼寧 沈陽 110101)

0 引言

ANSYS有限元仿真軟件在工程建模、加載、求解和后處理等操作中，通常采用兩種操作方式，即人機(jī)交互式(GUI方式)和命令流輸入式(Batch 方式)［1－2］。這兩種工作方式各有利弊，其中，GUI圖形操作方式仿真具有直觀、易于掌握和操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，但其修改仿真參數(shù)繁瑣，且不利于重復(fù)較復(fù)雜的工程仿真;而采用Batch命令流方式輸入APDL語句進(jìn)行仿真，雖然可以大大提高仿真的效率，且便于后續(xù)仿真參數(shù)修改的操作，但ANSYS軟件的操作命令種類繁多、參數(shù)復(fù)雜，不方便記憶［3］。

在工程仿真的過程中，經(jīng)常需要輸入大量的數(shù)據(jù)參數(shù)(如建模幾何參數(shù)、單元屬性參數(shù)、載荷條件參數(shù)和后處理路徑參數(shù)等)，并對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行繁瑣的反復(fù)修改，通過多次調(diào)試達(dá)到預(yù)期的仿真結(jié)果。

本文通過多次的仿真試驗(yàn)，提出了一種ANSYS變參數(shù)交互式的仿真方法。該方法充分發(fā)揮了兩種仿真方式的優(yōu)點(diǎn)，解決了上述ANSYS工程仿真過程中遇到的問題，大大提高了仿真效率。

1 變參數(shù)綜合仿真法

變參數(shù)綜合仿真法綜合應(yīng)用人機(jī)交互GUI圖形操作方式和命令流輸入方式。其操作流程如圖1所示。

圖1 變參數(shù)綜合仿真法流程圖Fig.1 Flowchart of variable-parameter simulation method

首先，對(duì)仿真工程進(jìn)行有序化的GUI圖形輸入操作，依次導(dǎo)出對(duì)應(yīng)GUI操作的APDL命令語句，并將這些語句作為后續(xù)修改的代碼模板;其次，批處理相似的GUI圖形操作，如給模型的多個(gè)幾何面賦予不同的單元屬性時(shí)，找出一個(gè)面賦予一個(gè)屬性的APDL命令源代碼，多次復(fù)制后修改對(duì)應(yīng)的面序號(hào)參數(shù)和單元序號(hào)參數(shù)，生成批處理命令流;接著，將代碼中的數(shù)值參數(shù)修改為變量參數(shù)，可修改為交互式變量代碼或非交互式變量代碼;最后，保存上述仿真處理生成的.db文件，將其作為后處理的初始狀態(tài)，并針對(duì)性地修改后處理命令流。

這種仿真方法充分發(fā)揮了以上兩種仿真方式的各自優(yōu)勢(shì)，在便于操作的同時(shí)大大提高了ANSYS工程的仿真效率，使仿真操作變得更加快捷而有序化。

2 仿真操作步驟

2.1 分步GUI操作命令流的導(dǎo)出

首先，將要進(jìn)行ANSYS仿真的工程劃分為幾步，如2D或3D的幾何參數(shù)建模、工程單元參數(shù)的定義與賦予、載荷條件的加載與求解等［4－5］。然后，利用 GUI圖形方式分步進(jìn)行操作，通過ANSYS過濾功能，依次選中修改對(duì)象，并在彈出參數(shù)提示框中輸入工程數(shù)值，如對(duì)一個(gè)2D的幾何面進(jìn)行建模并賦予對(duì)應(yīng)的單元屬性操作。最后，利用ANSYS自動(dòng)記錄與GUI操作對(duì)應(yīng)的APDL命令流日志功能，在文件下拉菜單中導(dǎo)出命令流代碼，將其保存為英文文件名的.txt文本，并保存此狀態(tài)下的.db仿真結(jié)果文件。確認(rèn)此前的仿真操作無誤后，清空自動(dòng)保存的命令流日志，導(dǎo)入剛剛保存的.db仿真結(jié)果文件，再進(jìn)行下一步工程的GUI操作。依此類推，可以得到對(duì)應(yīng)工程仿真各個(gè)步驟的.txt命令流文本。

以上各步驟保證了每一步工程仿真都有與之相對(duì)應(yīng)的正確命令流代碼，且得到的每個(gè)命令流文本都相對(duì)獨(dú)立，便于后續(xù)的批處理和參數(shù)修改，從而盡可能減少不必要的重復(fù)操作，使工程仿真有序化。

2.2 相似操作代碼的批處理

針對(duì)工程仿真過程中出現(xiàn)的大量相似操作，可以從.txt命令流中找出相應(yīng)的APDL源代碼作為操作模板，修改參數(shù)并進(jìn)行批處理導(dǎo)入［6］。這就可以解決復(fù)雜模型中不易選中指定操作對(duì)象的難題，且大大減少了GUI方式下繁瑣的圖形輸入操作。

由于上述操作得到的命令流代碼都相對(duì)獨(dú)立，很容易找出相似典型操作代碼的開始和結(jié)束，同時(shí)，由于GUI圖形操作方式和命令流輸入方式對(duì)于同一種操作對(duì)應(yīng)的APDL命令流也不盡相同，所以在滿足操作結(jié)果的前提下，不必考慮具體APDL命令流的代碼細(xì)節(jié)，找到需要修改的關(guān)鍵參數(shù)位置即可。如將之前定義的1單元材料屬性賦予幾何面1，無需考慮其他的代碼細(xì)節(jié)，然后找出對(duì)應(yīng)的參數(shù)位置進(jìn)行修改，修改后將之前定義的2單元材料屬性賦予幾何面2。依此類推，完成相似代碼的批處理操作。具體示例如下。

針對(duì)上述APDL代碼，找出相應(yīng)參數(shù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改。具體示例如下。

2.3 變量代碼的修改

為達(dá)到ANSYS工程的預(yù)期仿真效果，需要在操作過程中不斷地修改工程參數(shù)。上述仿真操作都是基于定值參數(shù)進(jìn)行的，一旦需要修改，更改參數(shù)的工作量大且易于出錯(cuò)，而將工程命令流更改為變參數(shù)形式就可以解決這個(gè)難題［7］。確認(rèn)各步定值仿真.txt文本的命令流準(zhǔn)確無誤后，分析變量參數(shù)之間的邏輯關(guān)系，盡可能地減少變量數(shù)目，用已知變量通過邏輯表達(dá)式來表示命令流中的未知變量。在直角三角形中，可以定義斜邊c和銳角α兩個(gè)變量參數(shù)來表示直角邊csinα和ccosα;而不是定義斜邊c、直角邊a和直角邊b三個(gè)變量參數(shù)。

定值參數(shù)的APDL命令流可以修改為交互式變量代碼或非交互式變量代碼，這兩種方式都是在命令流的起始位置修改。前者在運(yùn)行時(shí)會(huì)彈出參數(shù)輸入對(duì)話框，操作者依據(jù)提示輸入修改后的參數(shù)值;后者沒有彈出的對(duì)話框，需要在APDL代碼開始時(shí)給各個(gè)參數(shù)變量賦值，在后續(xù)命令流中將相應(yīng)的定值替換成具有特定邏輯關(guān)系的變量表達(dá)式［8］。

2.3.1 交互式變量代碼

應(yīng)用APDL命令可以構(gòu)造出一個(gè)簡(jiǎn)單的多行提示對(duì)話框，一次最多可以包含10個(gè)參數(shù)輸入提示和賦值框。需要注意的是:交互式變量代碼的命令流只可采用文件下拉菜單進(jìn)行導(dǎo)入，不能從ANSYS命令對(duì)話框?qū)搿?/p>

例如設(shè)置一個(gè)輸入5個(gè)參數(shù)的提示對(duì)話窗口，“/PREP7”表示進(jìn)入仿真的前處理階段，“multipro，‘start’，5”設(shè)置對(duì)話框有5個(gè)輸入?yún)?shù)。依次填寫參數(shù)序號(hào)、變量名稱、參數(shù)輸入提示和參數(shù)默認(rèn)值。在“*cset，61，62，”處填寫此頁對(duì)話框的提示行，在“multipro，‘end’”處結(jié)束設(shè)置。操作代碼如下。

2.3.2 非交互式變量代碼

非交互式變量代碼運(yùn)行后，不再出現(xiàn)提示對(duì)話框。非交互式變量代碼的命令流既可以在文件下拉菜單中導(dǎo)入，也可以從ANSYS命令對(duì)話框中導(dǎo)入。在APDL命令流起始處，添加以下變量賦值表達(dá)式。

2.4 已保存求解文件的處理

ANSYS的工程仿真包括前處理和后處理，前處理載荷運(yùn)算的求解時(shí)間較長(zhǎng)，一旦需要修改后處理的參數(shù)，就必須重復(fù)一遍前處理運(yùn)算。為了提高效率，可以將前處理得到的結(jié)論保存為.db文件，進(jìn)行后處理時(shí)，先導(dǎo)入保存的.db文件，將其作為后處理的初始狀態(tài)，從而針對(duì)性地修改后處理命令流。重新進(jìn)行后處理時(shí)，再次恢復(fù)初始狀態(tài)重新開始即可。這就極大地縮短了仿真時(shí)間，且由于初始狀態(tài)一致，保證了仿真數(shù)據(jù)結(jié)論的可靠性。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合ANSYS仿真的人機(jī)交互(GUI)和命令流(Batch)輸入兩種操作方式，充分利用了GUI圖形操作較靈活和命令流批處理操作易于修改的優(yōu)點(diǎn)，提出了一種變參數(shù)綜合仿真法，并詳述了具體的操作步驟，包括:導(dǎo)出分步GUI操作的命令流、批處理相似操作代碼、修改為交互式或非交互式變量代碼、后處理已保存的求解文件。

應(yīng)用此仿真方法縮短了仿真時(shí)間，提高了操作效率，使工程操作更加有序，同時(shí)也令A(yù)NSYS仿真變得更加靈活。

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［4］張玉良，闕沛文，黃作英.漏磁檢測(cè)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2006，25(8):29 －31.

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［7］王新敏.ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［M］.北京:人民交通出版社，2007:101－105.

［8］張樂樂，蘇樹強(qiáng)，譚南林.ANSYS輔助分析應(yīng)用基礎(chǔ)教程上機(jī)指導(dǎo)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007:99－115.