使用ANSYS APDL和C语言实现混合编程

本文探讨了使用ANSYS APDL和C语言实现混合编程的相关内容。

　　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","r"); //打开文件

　　2 fprintf(fp, "APDL_Commands,%f",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

　　图中的颗粒是随机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");

　　9 fprintf(ansysfile,"/PREP7");

　　10

　　11 //创建基体

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

　　13

　　14 //创建颗粒

　　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 //创建单元类型

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

　　30 //创建材料

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

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

　　33 //为基体赋一号材料值

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

　　35 fprintf(ansysfile,"AATT,1");

　　36

　　37 //为颗粒赋二号材料值

　　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 //生成网格

　　44 //网格尺寸

　　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 //开始划分网格

　　51 fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL");

　　52

　　53 //输出网格

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

　　");

　　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 复合材料中的圆性颗粒网格剖分

　　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");

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

　　12 fprintf(ansysfile,"/PREP7");

　　13

　　14 //创建基体

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

　　16

　　17 //创建椭圆颗粒

　　18 for (int i=0; i

　　19 {

　　20 //把工作平面移到椭圆圆心。

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

　　22 //旋转工作平面

　　23 fprintf(ansysfile,"wprota,%f",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");

　　26 //生成上半个椭圆

　　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");//记录线的编号

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

　　33 fprintf(ansysfile,"lsymm,y,reflect_line");//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",-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 //创建单元类型

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

　　45 //创建材料

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

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

　　48 //为基体赋一号材料值

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

　　50 fprintf(ansysfile,"AATT,1");

　　51 //为颗粒赋二号材料值

　　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 //生成网格

　　57 //网格尺寸

　　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 //划分网格

　　64 fprintf(ansysfile,"AMESH,ALL");

　　65

　　66 //输出网格

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

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

　　69 fprintf(ansysfile,"NWRITE,nodelist1,txt");//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 }