AutoCAD与ANSYS接口设计.pdf
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1、 第26卷 第2期 2005年6月 力 学 季 刊 CHINESE QUARTERLYOF MECHANICS Vol. 26 No. 2 June 2005 AutoCAD与ANSYS接口设计 收稿日期:2004209216 作者简介:张剑(19632 ) , 男,湖南湘潭人,工学硕士,高级工程师1 研究方向:结构设计及CAD软件开发1 张 剑 (深圳大学建筑设计研究院,深圳 518060) 摘要:本文简介了如何运用AutoCAD的点元、 线元、 面元及文字的基本数据及其扩展数据描述结构计算模型,并 利用Auto LISP、C语言、HP2GL绘图语言以及APDL语言建构AutoCAD与ANS
2、YS的接口。运用此接口,用户可 在AutoCAD中十分方便的建立ANSYS结构计算模型而无须撑握ANSYS的建模过程;用户也可对工程设计的三 维图直接指定单元类型、 材料参数、 截面数据、 施加荷载及约束条件,就可将其转化为ANSYS结构计算模型,这 样充分利用了工程设计图的几何信息,提高了输入计算模型的效率;用户还可将ANSYS中图形转成AutoCAD中 矢量图形,实现软件间数据共享。 关键词: AutoCAD实体扩展数据; AutoCAD与ANSYS接口 中图分类号: O241 文献标识码:A 文章编号: 025420053 (2005) 02225726 Interface Design
3、 between AutoCAD and ANSYS ZHANG J ia n ( The Institute Of Architectural Design Interface between AutoCAD and ANSYS ANSYS是全球久负盛名的有限元分析软件,它功能齐全,能解决结构、 流体、 热、 磁场、 电场的分析问 题,它广泛应用于土木、 机械、 机电、 航空等领域。在结构分析中,它能进行静力、 模态、 动力、 几何与材料非 线性分析,可模拟各种连接关系及边界条件,并且能对结构设计目标进行优化设计。对ANSYS最值得推 崇的是其可编程特性,它内嵌APDL语言,无论是前处理、
4、核心处理与后处理均可由程序来调度,从而可实 现参数化有限元的计算过程。另外,ANSYS配有命令组与APDL语言,可便于用户进行二次开发,从而拥 有了与任何高级计算机语言的一个接口。 AutoCAD是微机系统中应用最为广泛的图形平台,它对系统硬件条件要求低,易学易用,功能齐全, 拥有众多用户,在中国几乎成了CAD的一个标准平台以及工程设计信息存贮容器。另外,AutoCAD具有 充分的开放性,拥有许多可进行二次开发的工具。如Auto LISP ,ADS ,ARX等。当今结构模型数据的输 入己进入图形输入的时代,若图形操作在AutoCAD中进行,不但可继承建筑、 工艺专业的一些定形定位信 息,而且可
5、使用户在自己非常熟悉的环境中操作,此外还可利用一些应用程序进行快速处理。有助于提高 模型输入与修改的工作效率。因此ANSYS与AutoCAD之间建立接口,可使优秀软件之间强强联合、 取长 补短,具有很大技术经济意义。 1 结构分析模型的AutoCAD图形描述 一个结构分析模型由几何数据(几何拓扑与几何参数)、 材料截面数据、 荷载数据与约束数据(边界条 件)构成。几何数据与材料截面数据描述结构的构成及定位定形;荷载数据与约束数据描述环境对结构的 作用。 限定结构由质量点、 弹簧、 杆、 梁、 板和壳所构成,它可涵盖几乎所有各类建筑结构体系,将质量点视为 点对象;弹簧、 杆和梁视为线对象;板和壳
6、视为面对象。因此,在AutoCAD中用点元(Point)描述点对象,用 线元(Line)描述线对象,用面元(3dface)描述面对象。 点元可用AutoCAD中的命令产生,亦可通过Au2 toLISP程序由线元、 面元产生;线元、 面元则根据结构几何信息直接由AutoCAD命令画出。AutoCAD中 点元、 线元及面元的基本几何数据(其中主要数据为座标值)以及它们之间的连接关系完全可描述结构的 拓扑关系与几何参数。而单元类型、 材料、 实常数、 截面、 荷载及约束等数据则可用点元、 线元及面元等实 体(Entity)的扩充数据来描述。AutoCAD实体可由用户附加扩充数据是AutoCAD开放性
7、及灵活性的又 一表现。扩充数据增加了实体对事物的描述及表现的能力,可使实体能存贮更多的信息。在这里,实体扩 充数据均采用字符串方式记录,字符串由关键词加相应数据或数组构成,规定处于扩充数据表中后面的字 符串更新前面相同关键词对应字符串内容,节点力仅对点元有效,压力仅对线元和面元有效。将材料、 实 常数、 单元和座标系放在一个字符串中,如 “ATT = 1 ,2 ,1 ,1” 代表材料号(MAT)为1 ,实常数(REAL)为2 , 单元类型(TYPE)为1 ,座标系号1。节点力可一次将6个分量放在一个字符串中也可一个分量单独放在 一个字符串中。若几个分量一起存贮,则用分号 “;” 加以分隔。如
8、“FZ = - 100; FY= 200;MY= 150” 和 “FZ = - 200” 均可。约束信息(UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ)类似节点力的表示;表面荷载(Surface Load)的记录格式同ANSYS 的输入格式,如:P = L KEY, PRES ,VALI ,VALJ ,VAL2I ,VAL2J ,上述符号的意 义详见文献1 。值得一提的是在ANSYS的线元剖分后,其派生的节点亦继承其线元或面元的约束信息, 这样线边界节点的约束数据可容易成批量指定。若将AutoCAD图元直接转换为ANSYS的节点及元素, 称为直接法;反之,若将AutoCAD图元转换
9、为ANSYS的图元,再经网格划分过程,将其转化为ANSYS的 节点及元素,称为间接法。若要采用直接法,则应在AutoCAD将图元的层号名设为”APDL” 。若要改变接 口程序的初始设置及运行过程,则应在AutoCAD的APDL层中,用文字命令( TEXT)直接输入命令组及 APDL语句,并用色号1 ,2 ,3 ,4加以区分,接口程序解读时,命令组及APDL语句先后顺序取决定于文字 的定位点的纵向坐标值,进入命令组及APDL语句文本文件的位置(参数设置后,网格划分前,解题运行前 及文件结束处)取决定于文字的色号。 扩充数据的加入、 替换、 查找、 显示与构造特定的选择集等操作均借 助自编Auto
10、 LISP程序完成。至此,我们可看到结构分析模型信息可全部包含在AutoCAD图形数据库 中。 2 结构分析模型的ANSYS命令组与APDL语言表达 ANSYS中的命令组及APDL语言也可视为结构分析模型的另外一种表达,因为任何一个ANSYS结 构分析模型均可由命令组及APDL语言生成。命令组中的参数大部分可由变量来代替,而APDL语言采 用FORTRAN高级计算语言的语法,两者的结合可进行参数式分析过程,可完成结构分析模型的建立。另 外,包含命令组及APDL语句的文本文件可在ANSYS环境下直接运行。所以,模型输入接口程序的功能 就是将AutoCAD含有结构模型数据的DWG文件转换成命令组与
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