基于VB和ANSYS有限元分析系統(tǒng)的設(shè)計與研究

楊創(chuàng)戰(zhàn)，劉 杰，王 魁，蘆 靜（火箭軍工程大學(xué)理學(xué)院，西安 710025）

基于VB和ANSYS有限元分析系統(tǒng)的設(shè)計與研究

楊創(chuàng)戰(zhàn)，劉 杰，王 魁，蘆 靜
（火箭軍工程大學(xué)理學(xué)院，西安 710025）

介紹了ANSYS二次開發(fā)相關(guān)知識和技巧，以及如何實現(xiàn)Visual Basic6.0和ANSYS的連接，借助Visual Basic6.0開發(fā)友好、方便、易用的人機(jī)交互界面，對難以理解和掌握的ANSYS命令流進(jìn)行后臺封裝，開發(fā)出參數(shù)化的有限元分析系統(tǒng)，極大的減小了復(fù)雜構(gòu)件研究和設(shè)計的工作量，提高了工程設(shè)計的效率。

Visual Basic6.0；ANSYS；有限元分析

0　前言

有限元法，也叫有限單元法，它的基本思想是將一個結(jié)構(gòu)或者連續(xù)體的求解域離散為若干個域（單元），并通過其邊界上的節(jié)點相互連接成為組合體。有限元分析是求解偏微分方程的一種數(shù)值方法，是一種高效能、常用的計算方法。隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速發(fā)展，CAD/CAM/CAE技術(shù)已得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計、生產(chǎn)、組織模式，對推動現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新興技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長都具有十分重要的意義?，F(xiàn)在工程技術(shù)的發(fā)展要求計算能力的不斷提高，應(yīng)用大型的商業(yè)通用軟件也是提高計算能力的一種途徑。

ANSYS是一個功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)，是最通用和高效的通用有限元分析軟件之一，擁有全球最大的用戶群，它融結(jié)構(gòu)、傳熱學(xué)、流體、電磁、聲學(xué)和爆破分析于一體，具有強(qiáng)大的前后處理及計算分析能力。命令流是ANSYS軟件的一大特色，功能強(qiáng)大且使用方便，APDL命令流是參數(shù)化有限元分析、優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，為二次開發(fā)提供了可能。Visual Basic6.0軟件是一種面向?qū)ο蟮某绦蚧O(shè)計語言，易于開發(fā)友好的人機(jī)互動界面。因此本文就將Visual Basic6.0和ANSYS有機(jī)結(jié)合起來，開發(fā)出針對復(fù)雜部件的有限元分析系統(tǒng)，使得普通的設(shè)計開發(fā)人員，就可以很方便的進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)件的有限元分析，極大的提高了產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的效率。

1　ANSYS的二次開發(fā)

ANSYS典型的分析過程一般由前處理，加載求解和后處理三部分組成。前處理過程主要是由實體建模和網(wǎng)格劃分兩部分。ANSYS的實體建模功能非常強(qiáng)大，可以自頂而下，也可以自下而上，除此還具備布爾運算、延伸、旋轉(zhuǎn)等一系列建模輔助功能。也可以通過其他三維建模軟件建立模型，然后導(dǎo)入到ANSYS中進(jìn)行分析。在ANSYS中還具有自適應(yīng)網(wǎng)格劃分功能，可以進(jìn)行高質(zhì)量的單元網(wǎng)格劃分。加載與求解過程主要就是進(jìn)行載荷類型，邊界條件的定義，是構(gòu)件的受力狀態(tài)接近于實際情況。后處理過程更多的就是將前面的分析結(jié)果調(diào)用出來，以圖形或者曲線的方式展現(xiàn)出來。

ANSYS具有良好的二次開發(fā)環(huán)境，這為ANSYS的功能完善優(yōu)化提供了可能，同時也為非專業(yè)人員輕松使用ANSYS進(jìn)行有限元分析提供了可能。參數(shù)化設(shè)計語言（APDL）可以在ANSYS中實現(xiàn)參數(shù)化建模，參數(shù)化網(wǎng)格劃分，參數(shù)化加載求解等操作，這樣的參數(shù)化分析常應(yīng)用于模型頻繁修改的狀況，極大的方便了設(shè)計人員。尤其對于復(fù)雜構(gòu)件應(yīng)用參數(shù)化的設(shè)計思想更為方便快捷。

2　有限元分析系統(tǒng)的設(shè)計

有限元分析系統(tǒng)設(shè)計思想主要是：利用Visual Basic6.0軟件編寫良好的用戶界面，主要用來輸入復(fù)雜構(gòu)件的載荷參數(shù)和分析參數(shù)；利用參數(shù)化設(shè)計語言APDL編寫命令流文件，以實現(xiàn)ANSYS分析程序的封裝，用戶看到的只是良好的人機(jī)交互界面，復(fù)雜的分析處理過程都在后臺完成，這樣使得非專業(yè)人員無需進(jìn)行大量的培訓(xùn)學(xué)習(xí)也可以輕松完成對復(fù)雜構(gòu)件的有限元分析。分析系統(tǒng)最后展現(xiàn)在用戶面前的只是分析得到的圖形或者曲線。極大的體現(xiàn)了分析系統(tǒng)的方便快捷。

參數(shù)化有限元分析系統(tǒng)實現(xiàn)過程：工程技術(shù)人員在用戶界面下，第一步是輸入基本分析參數(shù)；第二步則是根據(jù)用戶輸入?yún)?shù)形成APDL命令流文件；第三步是利用Visual Basic6.0調(diào)用ANSYS分析軟件進(jìn)行后臺批處理操作；第四步是查看分析結(jié)果。

3　有限元分析系統(tǒng)的實現(xiàn)

分析系統(tǒng)中對于復(fù)雜構(gòu)件參數(shù)的輸入，主要利用VB中的“Label”和“TextBox”控件編寫參數(shù)輸入界面，輸入基本分析參數(shù)和載荷參數(shù)，基本分析參數(shù)相對固定，這個很容易實現(xiàn)，載荷參數(shù)則比較多，為了體現(xiàn)本有限元分析系統(tǒng)的通用性，需要具體研究構(gòu)件參數(shù)的代表性；APDL命令流的形成可以先采用菜單方式對復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行靜力學(xué)或者動態(tài)分析，分析結(jié)束后就會在ANSYS中自動形成的*.log文件，我們對其進(jìn)行簡單的編輯修改就可得到所需要的命令流文件。這種方法相對比較簡單，對開發(fā)者要求也比較低，不用很熟練的掌握APDL語言，但是這種方法生成的命令流文件相對比較冗余，尤其對于復(fù)雜構(gòu)件，修改起來要耗費大量的工作量；要形成有限元分析系統(tǒng)的APDL動態(tài)命令流文件，就必須在輸入?yún)?shù)后生成的可傳輸?shù)膭討B(tài)數(shù)據(jù)文件，格式一般為*.txt，我們主要利用‘print’命令直接將命令流逐條形成，然后把它插入到提前編寫的分析計算命令流文件中，最終就形成了已讀入?yún)?shù)的命令流文件；然后利用Visual Basic6.0調(diào)用ANSYS軟件，在Visual Basic 6.0中它的實現(xiàn)方法是通過Visual Basic 6.0中的窗口函數(shù)shell（）來實現(xiàn)的，這一過程體現(xiàn)了用Visual Basic 6.0對ANSYS進(jìn)行封裝，ANSYS的整個分析處理都是在后臺進(jìn)行的，用戶無法看到復(fù)雜的求解處理過程，只展現(xiàn)良好的人機(jī)交互界面；除了正常的調(diào)用外，我們還需要在VB里，用計時器Timer1每隔一段時間來檢查一次，來判斷ANSYS后臺運行是否結(jié)束。具體的方法開發(fā)者在界面中添加Timer控件；ANSYS在進(jìn)行完后臺批處理后，用戶要想看到分析得到的圖形或者曲線時，主要是添加一個Image1控件，并添加相應(yīng)的代碼，這樣就可以輕松實現(xiàn)了。

4　結(jié)束語

ANSYS分析功能十分強(qiáng)大，但要熟練掌握并精通復(fù)雜構(gòu)件的有限元分析，這對非專業(yè)人士來說就要花費大量的精力和時間，我們將VB和ANSYS二次開發(fā)相結(jié)合，開發(fā)出針對某一種復(fù)雜構(gòu)件的專業(yè)的該方式可以有效的考慮到不均中所可能需要的管道敷設(shè)間的協(xié)調(diào)作用，靈活度更高。而通過系統(tǒng)的有效開發(fā)應(yīng)用，也有效的提升管路優(yōu)化不均的實際效果。

4　結(jié)束語

船舶管路綜合布局優(yōu)化是一項復(fù)雜而繁瑣的工作，涉趣的面比較廣，要考慮的細(xì)節(jié)也比較泛，團(tuán)隊協(xié)作時要保持情報共享、步調(diào)一致，對于不同的管種要考慮好空間的分布情況，盡量避免錯綜復(fù)雜，這樣會增加安裝的難度，不利于船廠的成本控制以及后期維護(hù)的難度。

總而言之，良好的管路布局對提高船舶管系設(shè)計質(zhì)量，縮短船舶總體設(shè)計周期，提高船舶設(shè)計建造效益等意義重大。

［1］王晨勇，薛繼，崔健等.基于維修性的船舶管路布局優(yōu)化研究［J］.農(nóng)家科技（下旬刊），2014，（1）:235-235.

［2］范晶晶，汪烏日娜，王晨勇等.船舶管路布局優(yōu)化方法及應(yīng)用研究［J］.農(nóng)家科技（下旬刊），2014，（2）:235-235.

［3］王運龍，王晨，韓洋等.船舶管路智能布局優(yōu)化設(shè)計［J］.上海交通大學(xué)學(xué)報，2015，49（4）:513-518.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.255