ANSYS的APDL与C语言混合编程（实例）

本文介绍了如何使用ANSYS的APDL与C语言的混合编程基本方法，并给出了实例及代码。

 

本文讨论的不是利用C语言为ANSYS写扩展（或者说是用户子程序），而是讨论结合APDL对ANSYS的现有的计算程序进行复用，例如对ANSYS强大的前后处理程序，包括网格剖分，计算结果显示等，或者利用有限元计算部分的模块，使用ANSYS方便的边界条件加载，方程组求解等。

0. 为什么进行混合编程

      既然ANSYS已经提供了APDL这么强大的编程语言，为什么还要用C语言来与APDL混合编程呢？下面的几个原因，首先是前处理建模的要求，APDL并不能应对实际中非常复杂的模型的构建，本文的出发点之一就是复合材料分析中的几何模型构建问题，由于材料中的增强体为随机的颗粒，每一次模拟中，颗粒都是随机生成的，使用APDL并不方便；其次就是利用ANSYS的计算资源的考虑，比如上述问题，就可以利用C语言来生成模型的数据，利用APDL来构建几何模型，以及剖分有限元网格，用于自己的计算程序；还有在一些问题中，其边界条件，载荷等也是通过程序算出来的话，也可以通过混合编程对问题求解；另外，可以发挥C语言的优势，比如说计算效率，现有的库等，总而言之，混合编程能更充分利用ANSYS的计算程序以及C语言的优势，并且可以实现计算机上的自动化计算。

1. 混合编程的原理

      ANSYS与C语言混合编程的原理很简单，实际上就是用C语言生成ANSYS的apdl命令流文件，然后通过命令行调用ANSYS进行计算。这个过程同样可以使用其他的编程语言（比如FORTRAN，Python等）来进行，可以发挥各种语言的优势以及对现有的程序库的使用。

2. 如何使用C语言的实现

     知道了混合编程的原理，那么就很简单了，其过程无非就是利用C语言打开一个文件，写入命令流，关闭文件，调用ANSYS进行计算。

     文件操作需要使用的函数有

 1 fp=fopen("mac.inp","w");                      //打开文件

 2 fprintf(fp, "APDL_Commands,%f\n",SomeData);   //写入文件

 3 fclose(fp);                                   //关闭文件

     调用ANSYS的命令行计算则使用

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

3. 实例

       下面给几个APDL和C语言混合编程的实例

        3.1  复合材料中的圆性颗粒网格剖分

            图中的颗粒是C语言中随机生成的圆形，结果如图所示：

 

相应的生成上述网格的函数为

 1 /*调用ANSYS生成网格*/

 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\n");

 9     fprintf(ansysfile,"/PREP7\n");

10

11     //创建基体

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

13

14     //创建颗粒

15     for (int i=0; i<N0; i++)

16     {

17         if (circle[i].r<0.00000001)

18         {

19             continue;

20         }

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

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

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

24     }

25     fprintf(ansysfile,"ASBL,1,ALL\n");

26     fprintf(ansysfile,"AGLUE,All\n");

27

28     //创建单元类型

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

30     //创建材料

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

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

33     //为基体赋一号材料值

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

35     fprintf(ansysfile,"AATT,1\n");

36

37     //为颗粒赋二号材料值

38     fprintf(ansysfile,"ASEL,ALL\n");

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

40     fprintf(ansysfile,"AATT,2\n");

41     fprintf(ansysfile,"ALLSEL,ALL\n");

42

43     //生成网格

44     //网格尺寸

45     fprintf(ansysfile,"SMRT,3\n");

46     //fprintf(ansysfile,"AESIZE,ALL,0.6,\n");

47

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

49     fprintf(ansysfile,"MSHKEY,0\n");

50     //开始划分网格

51     fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL\n");

52

53     //输出网格

54 //  fprintf(ansysfile,"/INPUT,ExportMesh,inp\n");

55

56     fclose(ansysfile);

57 //---------------调用ANSYS生成网格

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  复合材料中的椭圆形颗粒网格剖分

        对于椭圆形颗粒，网格剖分结果如图所示

 

生成上述网格的代码为

 1

 2 //生成颗粒是椭圆时的网格

 3 //椭圆的数据结构是下面的struct

 4 //Genmesh函数是调用ANSYS生成网格的函数

 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\n");

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

12     fprintf(ansysfile,"/PREP7\n");

13

14     //创建基体

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

16

17     //创建椭圆颗粒

18     for (int i=0; i<ellipsenum; i++)

19     {

20         //把工作平面移到椭圆圆心。

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

22         //旋转工作平面

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

24         //激活当前活动坐标系为工作平面

25         fprintf(ansysfile,"csys,4\n");

26         //生成上半个椭圆

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

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

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

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

31         fprintf(ansysfile,"reflect_line=_return\n");//记录线的编号

32         fprintf(ansysfile,"csys,4\n");        //切换活动坐标系为工作平面

33         fprintf(ansysfile,"lsymm,y,reflect_line\n");//反射生成椭圆

34         //调整工作平面使其与整体坐标系重合

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

36         fprintf(ansysfile,"CSYS,0\n");

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

38     }

39

40     fprintf(ansysfile,"ASBL,1,ALL\n");

41     fprintf(ansysfile,"AGLUE,All\n");

42

43     //创建单元类型

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

45     //创建材料

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

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

48     //为基体赋一号材料值

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

50     fprintf(ansysfile,"AATT,1\n");

51     //为颗粒赋二号材料值

52     fprintf(ansysfile,"ASEL,ALL\n");

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

54     fprintf(ansysfile,"AATT,2\n");

55     fprintf(ansysfile,"ALLSEL,ALL\n");

56     //生成网格

57     //网格尺寸

58     fprintf(ansysfile,"SMRT,3\n");

59     //fprintf(ansysfile,"AESIZE,ALL,0.6,\n");

60

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

62     fprintf(ansysfile,"MSHKEY,0\n");

63     //划分网格

64     fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL\n");

65

66     //输出网格

67     fprintf(ansysfile,"/INPUT,ExportMesh,inp\n");//输出网格到Tecplot

68     fprintf(ansysfile,"EWRITE,elemlist1,txt\n");//输出单元

69     fprintf(ansysfile,"NWRITE,nodelist1,txt\n");//输出节点

70

71     fclose(ansysfile);

72     //---------------调用ANSYS生成网格

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 }