本文探討了使用ANSYS APDL和C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)混合編程的相關(guān)內(nèi)容。

　　本文討論的不是利用C語(yǔ)言為ANSYS寫擴(kuò)展(或者說是用戶子程序)，而是討論結(jié)合APDL對(duì)ANSYS的現(xiàn)有的計(jì)算程序進(jìn)行復(fù)用，例如對(duì)ANSYS強(qiáng)大的前后處理程序，包括網(wǎng)格剖分，計(jì)算結(jié)果顯示等，或者利用有限元計(jì)算部分的模塊，使用ANSYS方便的邊界條件加載，方程組求解等。

　　0. 為什么進(jìn)行混合編程

　　既然ANSYS已經(jīng)提供了APDL這么強(qiáng)大的編程語(yǔ)言，為什么還要用C語(yǔ)言來與APDL混合編程呢?下面的幾個(gè)原因，首先是前處理建模的要求，APDL并不能應(yīng)對(duì)實(shí)際中非常復(fù)雜的模型的構(gòu)建，本文的出發(fā)點(diǎn)之一就是復(fù)合材料分析中的幾何模型構(gòu)建問題，由于材料中的增強(qiáng)體為隨機(jī)的顆粒，每一次模擬中，顆粒都是隨機(jī)生成的，使用APDL并不方便;其次就是利用ANSYS的計(jì)算資源的考慮，比如上述問題，就可以利用C語(yǔ)言來生成模型的數(shù)據(jù)，利用APDL來構(gòu)建幾何模型，以及剖分有限元網(wǎng)格，用于自己的計(jì)算程序;還有在一些問題中，其邊界條件，載荷等也是通過程序算出來的話，也可以通過混合編程對(duì)問題求解;另外，可以發(fā)揮C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，比如說計(jì)算效率，現(xiàn)有的庫(kù)等，總而言之，混合編程能更充分利用ANSYS的計(jì)算程序以及C語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)，并且可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)上的自動(dòng)化計(jì)算。

　　1. 混合編程的原理

　　ANSYS與C語(yǔ)言混合編程的原理很簡(jiǎn)單，實(shí)際上就是用C語(yǔ)言生成ANSYS的apdl命令流文件，然后通過命令行調(diào)用ANSYS進(jìn)行計(jì)算。這個(gè)過程同樣可以使用其他的編程語(yǔ)言(比如FORTRAN，Python等)來進(jìn)行，可以發(fā)揮各種語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)以及對(duì)現(xiàn)有的程序庫(kù)的使用。

　　2. 如何使用C語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)

　　知道了混合編程的原理，那么就很簡(jiǎn)單了，其過程無非就是利用C語(yǔ)言打開一個(gè)文件，寫入命令流，關(guān)閉文件，調(diào)用ANSYS進(jìn)行計(jì)算。

　　文件操作需要使用的函數(shù)有

　　1 fp=fopen("mac.inp","r"); //打開文件

　　2 fprintf(fp, "APDL_Commands,%f",SomeData); //寫入文件

　　3 fclose(fp); //關(guān)閉文件

　　調(diào)用ANSYS的命令行計(jì)算則使用

　　system("D:\Progra~1\AnsysI~1\v100\ANSYS\bin\intel\ansys100 -b -i temp.inp -o mesh.log");

　　3. 實(shí)例

　　下面給幾個(gè)APDL和C語(yǔ)言混合編程的實(shí)例

　　3.1 復(fù)合材料中的圓性顆粒網(wǎng)格剖分

　　圖中的顆粒是隨機(jī)C語(yǔ)言中隨機(jī)生成的圓形，結(jié)果如圖所示：

　　相應(yīng)的生成上述網(wǎng)格的函數(shù)為

　　1 /*調(diào)用ANSYS生成網(wǎng)格*/

　　2 void GenMesh(struct circle0 *circle,double xmax,double xmin,double ymax,double ymin)

　　3 {

　　4

　　5 FILE* ansysfile;

　　6 ansysfile=fopen("temp.inp","w");

　　7

　　8 fprintf(ansysfile,"/CLEAR,NOSTART");

　　9 fprintf(ansysfile,"/PREP7");

　　10

　　11 //創(chuàng)建基體

　　12 fprintf(ansysfile,"RECTNG,%f,%f,%f,%f,",xmin,xmax,ymin,ymax);

　　13

　　14 //創(chuàng)建顆粒

　　15 for (int i=0; i

　　16 {

　　17 if (circle[i].r<0.00000001)

　　18 {

　　19 continue;

　　20 }

　　21 fprintf(ansysfile,"K,%d,%f,%f",i+1000,

　　22 circle[i].centre_x,circle[i].centre_y);

　　23 fprintf(ansysfile,"CIRCLE,%d,%f",i+1000,circle[i].r);

　　24 }

　　25 fprintf(ansysfile,"ASBL,1,ALL");

　　26 fprintf(ansysfile,"AGLUE,All");

　　27

　　28 //創(chuàng)建單元類型

　　29 fprintf(ansysfile,"ET,1,PLANE42");

　　30 //創(chuàng)建材料

　　31 fprintf(ansysfile,"MP,DENS,1,0.1");//材料一

　　32 fprintf(ansysfile,"MP,DENS,2,10");//材料二

　　33 //為基體賦一號(hào)材料值

　　34 fprintf(ansysfile,"ASEL,S,AREA,,ARINQR(0,14)");

　　35 fprintf(ansysfile,"AATT,1");

　　36

　　37 //為顆粒賦二號(hào)材料值

　　38 fprintf(ansysfile,"ASEL,ALL");

　　39 fprintf(ansysfile,"ASEL,U,AREA,,ARINQR(0,14)");

　　40 fprintf(ansysfile,"AATT,2");

　　41 fprintf(ansysfile,"ALLSEL,ALL");

　　42

　　43 //生成網(wǎng)格

　　44 //網(wǎng)格尺寸

　　45 fprintf(ansysfile,"SMRT,3");

　　46 //fprintf(ansysfile,"AESIZE,ALL,0.6,

　　");

　　47

　　48 fprintf(ansysfile,"MSHAPE,1,2D");

　　49 fprintf(ansysfile,"MSHKEY,0");

　　50 //開始劃分網(wǎng)格

　　51 fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL");

　　52

　　53 //輸出網(wǎng)格

　　54 // fprintf(ansysfile,"/INPUT,ExportMesh,inp

　　");

　　55

　　56 fclose(ansysfile);

　　57 //---------------調(diào)用ANSYS生成網(wǎng)格

　　58 system("D:\Progra~1\AnsysI~1\v100\ANSYS\bin\intel\ansys100 -b -i temp.inp -o mesh.log");

　　59 // system("tec360 tecplot.plt");

　　60 }

　　3.2 復(fù)合材料中的圓性顆粒網(wǎng)格剖分

　　對(duì)于橢圓形顆粒，網(wǎng)格剖分結(jié)果如圖所示

　　生成上述網(wǎng)格的代碼為

　　1

　　2 //生成顆粒是橢圓時(shí)的網(wǎng)格

　　3 //橢圓的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是下面的struct

　　4 //Genmesh函數(shù)是調(diào)用ANSYS生成網(wǎng)格的函數(shù)

　　5 void GenMesh(struct elliptic0 *ellipse,int ellipsenum,double xmax,double xmin,double ymax,double ymin)

　　6 {

　　7

　　8 FILE* ansysfile;

　　9 ansysfile=fopen("temp.inp","w");

　　10 fprintf(ansysfile,"FINISH");

　　11 fprintf(ansysfile,"/CLEAR,NOSTART");

　　12 fprintf(ansysfile,"/PREP7");

　　13

　　14 //創(chuàng)建基體

　　15 fprintf(ansysfile,"RECTNG,%f,%f,%f,%f,",xmin,xmax,ymin,ymax);

　　16

　　17 //創(chuàng)建橢圓顆粒

　　18 for (int i=0; i

　　19 {

　　20 //把工作平面移到橢圓圓心。

　　21 fprintf(ansysfile,"wpave,%f,%f",ellipse[i].center_x,ellipse[i].center_y);

　　22 //旋轉(zhuǎn)工作平面

　　23 fprintf(ansysfile,"wprota,%f",180.0/pi*ellipse[i].theta);

　　24 //激活當(dāng)前活動(dòng)坐標(biāo)系為工作平面

　　25 fprintf(ansysfile,"csys,4");

　　26 //生成上半個(gè)橢圓

　　27 fprintf(ansysfile,"k,%d,%f",2*i+1000,ellipse[i].a);

　　28 fprintf(ansysfile,"k,%d,%f",2*i+1001,-ellipse[i].a);

　　29 fprintf(ansysfile,"cswpla,%d,2,%f",2000+2*i,(ellipse[i].b/ellipse[i].a));

　　30 fprintf(ansysfile,"l,%d,%d",2*i+1000,2*i+1001);

　　31 fprintf(ansysfile,"reflect_line=_return");//記錄線的編號(hào)

　　32 fprintf(ansysfile,"csys,4"); //切換活動(dòng)坐標(biāo)系為工作平面

　　33 fprintf(ansysfile,"lsymm,y,reflect_line");//反射生成橢圓

　　34 //調(diào)整工作平面使其與整體坐標(biāo)系重合

　　35 fprintf(ansysfile,"wprota,%f",-180.0/pi*ellipse[i].theta);

　　36 fprintf(ansysfile,"CSYS,0");

　　37 fprintf(ansysfile,"WPAVE,0,0,0");

　　38 }

　　39

　　40 fprintf(ansysfile,"ASBL,1,ALL");

　　41 fprintf(ansysfile,"AGLUE,All");

　　42

　　43 //創(chuàng)建單元類型

　　44 fprintf(ansysfile,"ET,1,PLANE42");

　　45 //創(chuàng)建材料

　　46 fprintf(ansysfile,"MP,DENS,1,0.1");//材料一

　　47 fprintf(ansysfile,"MP,DENS,2,10");//材料二

　　48 //為基體賦一號(hào)材料值

　　49 fprintf(ansysfile,"ASEL,S,AREA,,ARINQR(0,14)");

　　50 fprintf(ansysfile,"AATT,1");

　　51 //為顆粒賦二號(hào)材料值

　　52 fprintf(ansysfile,"ASEL,ALL");

　　53 fprintf(ansysfile,"ASEL,U,AREA,,ARINQR(0,14)");

　　54 fprintf(ansysfile,"AATT,2");

　　55 fprintf(ansysfile,"ALLSEL,ALL");

　　56 //生成網(wǎng)格

　　57 //網(wǎng)格尺寸

　　58 fprintf(ansysfile,"SMRT,3");

　　59 //fprintf(ansysfile,"AESIZE,ALL,0.6,

　　");

　　60

　　61 fprintf(ansysfile,"MSHAPE,1,2D");

　　62 fprintf(ansysfile,"MSHKEY,0");

　　63 //劃分網(wǎng)格

　　64 fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL");

　　65

　　66 //輸出網(wǎng)格

　　67 fprintf(ansysfile,"/INPUT,ExportMesh,inp");//輸出網(wǎng)格到Tecplot

　　68 fprintf(ansysfile,"EWRITE,elemlist1,txt");//輸出單元

　　69 fprintf(ansysfile,"NWRITE,nodelist1,txt");//輸出節(jié)點(diǎn)

　　70

　　71 fclose(ansysfile);

　　72 //---------------調(diào)用ANSYS生成網(wǎng)格

　　73 system("D:\Progra~1\AnsysI~1\v100\ANSYS\bin\intel\ansys100 -b -i temp.inp -o mesh.log");

　　74 system("tec360 tecplot.plt");

　　75 }