Язык apdl в ansys
Основы командного языка APDL ANSYS
Программа на командном языке APDL ANSYS представляет собой последовательность команд, записанных в обычном тестовом файле.
Поскольку ANSYS является интерпретатором, то команды выполняются последовательно с учетом операторов изменений в порядке выполнения, задаваемыми операторами цикла и перехода. Если же при выполнении программы на языке APDL ANSYS возникает ошибка, то выдается сообщение об ошибке, и, как правило, программа дальше работает некорректно и в дальнейшем приводит к останову.
Язык APDL ANSYS похож на язык FORTRAN, который сейчас, однако, не так хорошо известен и популярен, как ранее.
Команда APDL ANSYS записывается в отдельной строке, причем максимальное число символов не должно превышать 80. Команда состоит из имени команды и набора аргументов, или операндов, отделенных друг от друга и от имени команды запятыми. Строчные и заглавные буквы эквиваленты.
Имена команд могут состоять из набора символов от 1 до 8. Стандартные команды APDL имеют зарезервированные имена, из которых первые 4 символа являются значимыми (не считая начальных символов / и *).
Таким образом, например, записи /SOLU, /SOLUT и /SOLUTION эквиваленты.
Некоторые команды являются макрокомандами (т.е. состоят из последовательности надлежащим образом оформленных команд APDL). Ряд макрокоманд входят в комплект поставки программного обеспечения ANSYS, но макрокоманды могут быть созданы и пользователем. Имена макрокоманд должны вводиться полностью без сокращений.
Формат ввода команд свободный, т.е. пробелы не учитываются. При вводе команд применяется правило умолчания. По этому правилу, если какой-то из аргументов не задан явно, программа пытается присвоить этому аргументу значение по умолчанию.
Например, ANSYS всегда работает с объектами, задаваемыми в трехмерном пространстве. Но если решается плоская задача, то третья координата не используется и по умолчанию равна нулю. Аналогично, для одномерных задач не нужна и вторая координата. Поэтому, если аргументы координат не заданы, то ANSYS принимает их равными значениям по умолчанию. Эти значения указываются для каждой команды в Руководстве по командам ANSYS (Command Reference). В большинстве случаев (но не всегда!) эти значения равны нулю.
Поэтому команды K,1,10,0,2 и K,1,10,,2 эквиваленты; команда N,2,3.5, в действительности означает, что узлу с номером 2 присвоены координаты (3.5,0,0) в соответствующей системе координат, и т.д.
Правила умолчания приняты для большинства команд ANSYS, являются обычно «наиболее естественно разумными», позволяя часто не вводить большого числа аргументов.
Некоторые команды начинаются со знака «/», и обычно предназначены для управления основной программой и контроля. Есть еще команды, начинающиеся со знака «*». Обычно это и есть команды собственно языка APDL.
В APDL ANSYS удобно использовать параметры или переменные. При определении параметров в ANSYS не требуется указывать их тип, за исключением многомерных данных в форме массивов.
Все численные переменные имеют целый или действительный тип и хранятся с двойной точностью. Если параметру не присвоено никакое значение, то считается, что он равен нулю. (Поэтому, если разделить на неопределенный ранее параметр какое-либо число, то программа выдаст ошибку.) Имеются также символьные параметры, которые используются для задания имен файлов, строк вывода, заголовков и пр. Значения этих параметров должны быть заключены в одинарные апострофы. Буквы кириллицы в них не допускаются.
Массивы, которые перед использованием требуется обязательно определять, могут иметь численный, текстовый или табличный типы.
Имена параметров должны начинаться с буквы и содержать не более 32 знаков, включающих только буквы, цифры и символ подчеркивания. Желательно, чтобы имя параметра не совпадало с зарезервированными именами ANSYS для команд, степеней свободы, ключевых слов и т.п.
Для определения параметров ANSYS предлагает использовать или команду *SET, или обычный оператор равенства. Последняя возможность кажется наиболее естественной. Таким образом, синтаксис оператора задания параметра выглядит следующим образом:
где Name – имя параметра, Value – его значение, которое может быть численной величиной, строкой (в апострофах), именем другого параметра, математическим параметрическим выражением или функцией. Примеры задания параметров приведены ниже:
Для определения параметров, связанных с величинами из базы данных ANSYS, содержащей описание твердотельных и конечно-элементных моделей, чрезвычайно полезна команда *GET. Описание этой команды занимает несколько страниц фирменного руководства. Следующие примеры иллюстрируют примеры использования этой важной команды:
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
20 APDL команд которые следует знать каждому пользователю ANSYS Mechanical
Одна из сильнейших сторон в ANSYS Mechanical – это создаваемый входной файл, который посылается в ANSYS Mechanical APDL (MAPDL) на решение. И это действительно замечательно потому, что вы, как пользователь, имеете полный доступ ко всем глубинам и всем возможностям классического ANSYS. MAPDL – это хорошая старомодная программа, способная считывать команды и последовательно их исполнять. Так что единственное, что вам нужно сделать, чтобы добраться до любой опции – это просто ввести нужные команды.
Для множества пользователей со стажем это не является проблемой потому, что они «выросли» на текстовых командах. Однако у новых пользователей, как правило, возникают проблемы при желании ощутить всю мощь APDL (ANSYS Parametric Design Language) т.к. добраться до всех расширенных возможностей нелегко.
Порой, при оказании помощи пользователям или проведении обучения, нужно рассказать, как, например, изменить тип конечного элемента (Mechanical по умолчанию использует наиболее общую формулировку, но у пользователя есть возможность использовать и другие) и иногда попадаются люди, которые признаются, что не только не работали с командами APDL, но и никогда их не встречали.
Таким образом, чтобы помочь пользователям ANSYS Mechanical ступить на эту дорогу любви к APDL командам, мы выпустили список 20 APDL команд, которые следует знать каждому. Правда, по факту их тут больше, чем 20 потому, что некоторые из них мы объединили в группы. Здесь не будет приведено много подробностей по использованию каждой из них, т.к. в APDL help все превосходно расписано.
APDL был разработан еще во времена перфокарт. Он был гораздо проще других программ в использовании, поскольку вводимые команды не требовалось раскидывать по столбцам. Вместо этого аргументы в командах разделяются запятыми. Поэтому, при задании узла, вместо вот этого:
345 12.456 17.4567 0.0034
(обратите внимание, что расположение запятой имеет решающее значение) нужно написать строку:
По тем временам это был большой шаг вперед. Главное, что вам нужно знать об APDL командах – это то, что они начинаются с ключевого слова и далее продолжаются аргументами, назначение каждого из которых подробно расписано в разделе ANSYS help/Command Reference. Например, по команде для создания узла там написано следующее:
Рис.1 Описание команды N в ANSYS help.
Документация последовательная и вы довольно быстро разберетесь с нужными опциями для вашей задачи. Принцип компоновки и изложения этих статей также объясняется в help: // Command Reference // 3. Command Dictionary.
Другой ключевой момент в командах MAPDL – это автоматическое присвоение большинству созданных вами объектов (кроме нагрузок и граничных условий) ID номера. К объектам нужно обращаться по этому ID номеру. Это ключевое понятие зачастую неизвестно людям, «выросшим» только на GUI’s. Таким образом, если вы захотите создать систему координат и использовать ее в последствии, то вам необходимо присвоить ей ID и далее на него ссылаться.
Если вы захотите посмотреть на все команды APDL, которые записывает ANSYS Mechanical, то просто выберите ветвь setup и далее Tools-> Write Input File. Просмотреть его можно в любом текстовом редакторе.
Перед тем как мы перейдем непосредственно к списку команд, обозначу последнее важное замечание: старый интерфейс GUI для MAPDL можно использовать для изменения и создания моделей так же, как и ANSYS Mechanical. Любое действие, которое вы производите в старом интерфейсе GUI конвертируется в команду и сохраняется в лог файле с названием проекта (например, jobname.log). Иногда имеет смысл сначала провести необходимые операции там, а потом скопировать получившиеся команды из log файла.
И еще одно замечание: на данный момент эти команды необходимы, но с каждым релизом все больше и больше возможностей решателя переносится в интерфейс ANSYS Mechanical и все меньше требуется APDL скриптов. Так что всякий раз перед написанием скрипта сначала убедитесь, что интерфейс ANSYS Mechanical этого пока не умеет.
Восклицательный знак является комментарием в APDL. Любой текст справа от него игнорируется программой. Регулярно используйте эту команду и оставляйте частые подробные комментарии, чтобы другие люди и вы сами всегда могли понять, что именно в вашем файле происходит.
2. /PREP7 – /SOLU – /POST1 – FINISH
Программа MAPDL состоит из совокупности аж 10 процессоров (было больше, но они не были задокументированы). Отдельные команды работают только в нескольких процессорах, а большинство – только в одном из них. Если вы используете команду для препроцессора в постпроцессоре, то обязательно получите ошибку.
После создания командного объекта в ANSYS Mechanical, он может быть реализован в препроцессоре, настройках решателя (Solution processor) или в постпроцессоре, в зависимости от того, в какой ветви дерева проекта был создан. Если есть необходимость отправить команду в другой процессор, то нужно просто ввести соответствующую команду. ГЛАВНОЕ, НЕ ЗАБУДЬТЕ ПЕРЕЙТИ ОБРАТНО К ИСХОДНОМУ ПРОЦЕССОРУ после записи нужных команд.
/PREP7 – перейти к препроцессору. Здесь можно изменять формулировки элементов, модель материала и любым образом менять сетку конечных элементов.
/SOLU – перейти к настройкам решателя (Solution Processor). Чаще всего вы будете начинать отсюда, так что довольно часто нужно использовать эту команду для того, чтобы перейти обратно к исходному разделу после задания команд в /PREP7. Здесь изменяются нагрузки, граничные условия, и настройки расчета.
/POST1 – перейти к постпроцессору. Здесь можно поиграть с результатами, построить собственные графики, и использовать иные возможности APDL для обработки результатов.
FINISH – перейти к самому началу. Сюда нужно заходить если вы собираетесь работать с именами файлов.
3. TYPE – MAT – REAL – SECNUM
Вообще, вам действительно нужно знать эти команды, только если вы собираетесь писать ваши собственные элементы… но кое-что про них должен знать каждый, поскольку назначение атрибутов элементам (element attributes) имеет фундаментальное значение для работы в APDL … Так что это имеет смысл прочитать даже если вы не собираетесь писать ваши собственные элементы.
К каждому элементу в вашей модели назначаются определяющие его свойства. Когда вы определяете элемент, вместо указания всех его свойств в каждом случае, вы создаете определения и даете им номера, а затем присваиваете их к каждому элементу. Простейший пример – это свойства материала. Вы определяете набор свойств материала, присваиваете им номер, а затем присваиваете этот номер ко всем элементам в вашей модели, которые в соответствии с этими свойствами должны работать.
И вы не указываете ID при создании элементов, это был бы долгий и полный боли процесс. Вместо этого вы указываете ID для каждого типа свойств “активным” и каждому вновь созданному элементу будет назначен активный ID.
Сами команды не нуждаются в пояснениях: Type устанавливает тип элемента, MAT задает ID материала, REAL задает номер реальных констант, и SECNUM задает номер активного сечения.
Таким образом, введя следующее:
type,4
real,2
mat,34
secnum,112
e,1,2,3,4,11,12,13,14
ELEM MAT TYP REL ESY SEC NODES
1 34 4 2 0 112 1 2 3 4 11 12 13 14
2 3 4 4 0 200 101 102 103 104 111 112 113 114
Решатель MAPDL поддерживает сотни элементов. Независимо от решаемой задачи, ANSYS Mechanical выбирает наилучший исходя из общих соображений элемент. Но он может быть и не лучшим для вашей конкретной модели. В таких случаях, вы можете переопределить используемые ANSYS Mechanical элементы.
Примечание: новый элемент обязательно должен иметь ту же топологию. Вы не сможете заменить 4х узловой оболочечный элемент на 8ми узловой гекса элемент. Но если расположение узлов (топология) одинаковое, то вы можете произвести замену при помощи ET команды.
Если вы определили тип элемента или ID материала в APDL и хотите внести эти изменения в большой набор элементов, то используйте EMODIF. Это наиболее быстрый способ изменения определения элемента.
6. MP – MPDATA – MPTEMP –TB – TBDATA – TBTEMP
Никогда не помешает сохранить заданные данные по материалам, чтобы 1) иметь запись о том, что было использовано, и 2) иметь возможность использовать ту же модель материала в других проектах в будущем.
Если формулировка элемента определяется опциями ET команды, а свойства материала – соответствующими командами по материалам, то как определять остальное, например, толщину оболочки, свойства контакта, или жесткость для снижения эффекта песочных часов? Их нужно вводить в виде реальных констант. Если вы новичок в использовании решателя MAPDL, то к идее реальных констант вам будет немного трудно привыкнуть.
Официальное определение гласит:
Data required for the calculation of the element matrices and load vectors, but which cannot be determined by other means, are input as real constants. Typical real constants include hourglass stiffness, contact parameters, stranded coil parameters, and plane thicknesses.
Данные, требуемые для вычисления матриц и векторов нагрузки элемента, которые не определяются другими средствами, вводятся как реальные константы. Типичные реальные константы – это жесткость для снижения эффекта песочных часов, параметры контакта, параметры обмотки и толщины.
Фактически это просто место, куда нужно писать то, что больше написать некуда. R создает реальную константу, а RMODIF изменяет ее.
При работе в MAPDL из-под ANSYS Mechanical вы наиболее часто будете иметь дело либо с узлами, либо с элементами. NSEL и ESEL используются для определения того, какие узлы или элементы будут являться активными. Эти команды содержат множество опций, так что не пренебрегайте информацией в ANSYS help.
Часто возникают ситуации, когда по выбранным узлам нужно выбрать приложенный к ним элемент, или наоборот от выбранного элемента перейти к выбору его узлов. NSLE и ESLN отвечают за это. NSLE выбирает все узлы текущего активного выбора элементов, а ESLN – обратную процедуру.
При написании небольших APDL скриптов для ANSYS Mechanical люди часто совершают следующую ошибку: используют команды для выбора нужных им объектов и после всех манипуляций забывают снова выбрать все узлы и элементы модели. Если вы, используя NSEL, выберете несколько узлов модели для того, чтобы, скажем, приложить к ним силу и на этом остановитесь, то обязательно получите ошибку, поскольку эти узлы будут единственными активными во всей модели.
ALLSEL исправит эту проблему. Эта команда попросту все делает активным. Имеет смысл ВСЕГДА вносить эту строку в конец каждого скрипта, где есть что-либо связанное с выбором отдельных объектов.
Если вы используете ANSYS Mechanical, то, должно быть, знакомы с концепцией именованных наборов (Named Selections). Это группы объектов (узлов, элементов, поверхностей, ребер, вершин) с присвоенным именем, по которому на них можно ссылаться, а не выбирать каждый раз по новой. В ANSYS MAPDL это называется компонентами, и команды, с ними работающие, начинаются с букв CM.
Любые геометрические именованные наборы, созданные вами в ANSYS Mechanical, превращаются в узловой компонент – все узлы выбранной в именованном наборе геометрии превращаются в узловой компонент. Вы также можете создать собственный узловой или элементный именованный набор, и он также будет создан в виде соответствующего компонента.
Вы можете использовать CM для создания ваших собственных компонентов в APDL скрипах. Ему нужно будет дать имя – и можно работать. Вы также можете выбирать компоненты с помощью команды CMSEL.
Чрезвычайно полезная команда в APDL. Это способ просмотреть вашу модель и найти любую полезную информацию: число узлов, наибольшее значение координаты Z среди узлов, если выбраны узлы, то нагрузки на узел, информация о результатах, и т. д…
Обязательно изучите информацию в ANSYS help по этой команде. Если вы в процессе написания скрипта с грустью произносите: “Ах если бы я только знал эту величину в моей модели…”, то скорее всего вам стоит обратиться к команде *get.
13. CSYS – LOCAL – RSYS
Системы координат очень важны в ANSYS Mechanical и ANSYS MAPDL. В большинстве случаев вы можете спокойно создать систему координат в ANSYS Mechanical. Использовать эту систему координат можно будет и в ANSYS MAPDL, но по умолчанию ANSYS Mechanical назначает автоматические ID. Для использования системы координат в MAPDL нужно указать ее номер в окне свойств: изменить предварительно свойство “Coordinate System” с “Program Defined” на “Manual” и указать номер в поле “Coordinate System ID”.
Рис 2. Определение ID системы координат в интерфейсе ANSYS Mechanical
Если есть необходимость создать систему координат прямо в APDL скрипте, используйте команду LOCAL.
Когда вы захотите использовать определенную систему координат, введите команду CSYS, чтобы сделать ее активной.
Примечание: система координат 0 – это глобальная декартова система. Если вы изменили активную систему, то убедитесь, что после скрипта вы не забыли вернуться к глобальной системе координат CSYS,0
RSYS – это что-то вроде CSYS, но для результатов. Если вы хотите построить график или получить список результатов не в глобальной системе координат, то используйте RSYS для активации нужной вам системы координат.
Еще одна очень полезная вещь, которую нужно знать – каждый узел в модели имеет ориентацию. По умолчанию степени свободы UX, UY, и UZ ориентированы в соответствии с глобальной системой координат. В ANSYS Mechanical, при задании нагрузки или граничного условия по нормали или по касательной к поверхности, программа фактически поворачивает все узлы таким образом, чтобы степень свободы была расположена нормально к поверхности.
Если вам нужно проделать это самостоятельно, например, если вы хотите приложить нагрузку или граничное условие в определенном направлении, кроме глобального декартового, используйте NROTATE. В первую очередь нужно выбрать узлы, которые будете поворачивать, далее следует указать активную систему координат CSYS, затем использовать NROTATE,ALL, чтобы повернуть узлы.
Наиболее распространенным граничным условием является перемещение, даже в температурных задачах. Для задания оного в ANSYS MAPDL скрипте, используйте команду D. Большинство людей использует набор узлов или компоненты для приложения перемещений нескольким узлам.
В простейшей форме прикладывается единственное значение для перемещения к одному узлу по одной степени свободы. Но и узлов и степеней свободы может быть несколько.
Команда F – это то же самое, что D, за исключением того, что определяет силу, а не перемещение.
Если нужно приложить давление, то используйте либо SF для приложения к узлам, либо SFE для приложения к элементам. Работает команда во многом также как D и F.
Когда решатель ANSYS MAPDL находится в процессе решения, он пишет информацию в файл jobename.out, где jobname – это название вашего проекта. Иногда может возникнуть необходимость выписать определенную информацию, скажем, перечислить напряжения всех выбранных узлов. Используйте /OUTPUT,filename для перенаправления вывода в файл. После того как вы закончите нужно будет написать /OUTPUT без опций, и машина вернется к стандартному выводу.
Рис 3. Обработанное PNG изображение результата
Решатель ANSYS MAPDL в процессе решения находит множество величин. Чем более сложные элементы вы используете, тем большее количество величин вы можете получить. Но как добраться до наиболее скрытых? ETABLE.
Это, конечно, не окончательный список. Спросите 20 пользователей ANSYS MAPDL какие APDL команды все пользователи ANSYS Mechanical должны знать, и вы в лучшем случае услышите пять или шесть общих. Но основываясь на данных техподдержки и собственном опыте, скажу, что именно эти 20 используются чаще всего.
Command help – это ваш незаменимый друг и товарищ. Всегда пользуйтесь им.
Кроме того, вы можете открыть ANSYS MAPDL и поиграть с этими командами, изучить их влияние на проект.
Использование APDL-команд в интерфейсе ANSYS Mechanical (Workbench) при проведении спектральных расчётов
В рамках расчётного модуля ANSYS Mechanical среды Workbench можно производить расчёты отклика конструкции на спектральные воздействия, заданные как единым спектром (SPRS – Single-Point Response Spectrum), так и различными спектрами на разных опорах (MPRS – Multi-Point Response Spectrum). Кроме результатов по перемещениям, напряжениям и относительным деформациям, при задании соответствующих настроек решателя (Analysis Settings) доступен вывод результатов по скоростям и ускорениям.
Для внедрения пользовательских алгоритмов обработки результатов у пользователя может возникнуть необходимость использования APDL-команд. В данной статье описываются особенности применения команд для спектральных расчётов в ANSYS Mechanical.
Настройки модели
При проведении расчёта спектрального отклика опоры, к которым затем будет прикладываться спектр воздействия, задаются на этапе проведения модального расчёта. В нём на опорах задаются нулевые перемещения. В спектральном расчёте задаётся спектр воздействия на конструкцию в виде зависимости перемещения, скорости либо ускорения от частоты. Также задаётся направление воздействия в глобальной системе координат. При проведении расчёта спектр воздействия прикладывается ко всем узлам, на которых в модальном расчёте было задано нулевое перемещение. Если пользователю нужны результаты по скоростям и ускорениям в модели, следует задать соответствующие настройки, как показано на рисунке ниже:
При выполнении расчёта ANSYS читает входной файл ds.dat, созданный модулем Workbench Mechanical, производит расчёт и сохраняет результаты в файл с расширением *.rst, расположенный в папке расчёта. Анализ информации, содержащейся в этом файле, позволяет заключить, что результаты по перемещениям сохраняются в нём на шаге нагрузки №4 и подшаге №1 (Load Step 4, Substep 1). Результаты по скорости и ускорению сохраняются на подшагах №2 и №3 того же 4-го шага нагрузки.
Расположение результатов определяется командами, прописанными во входном файле ds.dat. Ниже приведены четыре фрагмента кода для случая, когда в настройках расчёта были запрошены результаты по скоростям и ускорениям.
Для добавления результатов в файл *.rst используется команда reswrite. В первом из приведенных фрагментов кода мы видим команду SOLVE, запускающую расчёт перемещений. После выполнения команды MCOM, отвечающей за комбинацию откликов по различным частотам, полученный результат записывается во временный файл результатов Temp.rst в 4-й шаг и 1-й подшаг.
/solu
antype,spectr
spopt,sprs
/copy,file,mode,,original,mode
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,disp
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Displacement,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,1
fini
/copy,original,mode,,file,mode
Второй фрагмент входного файла ds.dat отвечает за формирование результатов по скоростям. После выполнения соответствующей команды MCOM, результат записывается во 2-й подшаг 4-го шага нагрузки того же временного файла Temp.rst:
/solu
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,velo
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Velocity,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,2
fini
/copy,original,mode,,file,mode
В приведенном ниже фрагменте производятся аналогичные действия для получения результата по ускорениям, он записывается в 3-й подшаг 4-го шага нагрузки файла Temp.rst.
/solu
SED,0,1,0
SVTYPE,3
FREQ,1.,1000.,1040.,1084.,1124.,10000.
SV,,1.e-004,1.e-004,2.,2.,1.e-004,1.e-004
srss,0.0,acel
solve
freq
fini
*list,,mcom
/copy,file,mcom,,Acceleration,mcom
/post1
/inp,,mcom
reswrite,Temp,4,3
fini
/DELETE,original,mode
Наконец, код в последнем фрагменте входного файла ds.dat отвечает за переименование временного файла Temp.rst в привычное название файла результатов file.rst:
/DELETE,file,rst
/RENAME,Temp,rst,,file,rst
Таким образом, полученный файл результатов содержит данные только для одного шага нагрузки с номером 4, в котором может быть записано до 3-х подшагов в зависимости от того, запрошены ли результаты по скоростям и ускорениям в настройках решателя. Причина для использования именно 4-го шага нагрузки является не до конца ясной и, по-видимому, относится к реализации каких-то устаревших методик под интерфейсом ANSYS Mechanical APDL.
Результаты в 1-м подшаге 4-го шага содержат перемещения для степеней свободы модели, а также полученные по ним напряжения и относительные деформации. Во 2-м подшаге на месте, которое обычно используется для перемещений, хранятся величины скоростей, так что полученные по ним величины «напряжений» и «относительных деформаций» не будут иметь физического смысла. То же самое относится и к 3-му подшагу, где на месте перемещений записаны ускорения узлов модели.
На рисунке ниже представлено распределение перемещений для тестовой задачи расчёта спектрального отклика: