1.針對二次開發(fā)功能，利用簡單的模型，使分析過程和計算結(jié)果清晰明了

2.豐富且經(jīng)過驗證的案例，讀者可輕松再現(xiàn)案例過程

3.提供命令流、用戶子程序源代碼、數(shù)據(jù)文件和宏文件等各類文件近100個

ANSYS是一款功能強大的大型通用有限元軟件，它具有強大的前后處理和計算分析能力，應(yīng)用范圍極廣，得到了廣大工程技術(shù)人員和科研人員的認可。雖然ANSYS軟件功能已十分強大，但仍舊為用戶提供了多個二次開發(fā)工具：APDL（參數(shù)化設(shè)計語言）主要用于完成一些通用性強的任務(wù)，如參數(shù)化建模，創(chuàng)建專用分析程序等；UPFs（用戶可編程特性）用于從FORTRAN源代碼的層次對ANSYS進行二次開發(fā)，包括開發(fā)材料本構(gòu)模型、開發(fā)新的單元、定義用戶載荷等；UIDL和Tcl/Tk用于創(chuàng)建用戶定制界面。本書介紹的重點是APDL和UPFs。本書共分三篇，分別是：二次開發(fā)基礎(chǔ)篇、APDL二次開發(fā)篇和UPFs二次開發(fā)篇。

第一篇共3章，第1章首先簡單介紹ANSYS軟件和其他一些商業(yè)的以及開源的有限元軟件，然后介紹ANSYS二次開發(fā)的4個工具，對于UIDL和Tcl/Tk，分別給出了一個應(yīng)用實例。第2章介紹APDL的基本知識，包括APDL語言基礎(chǔ)和APDL宏。第3章介紹UPFs基本知識，其中3.2到3.4節(jié)詳細介紹各個用于UPFs二次開發(fā)的FORTRAN子程序。

第二篇共4章，其中第4章主要介紹APDL參數(shù)化建模和專用分析程序。第5章介紹APDL優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)知識，并給出了一個幾何尺寸優(yōu)化分析的例子。第6章介紹APDL本構(gòu)模型開發(fā)的例子。第7章介紹APDL數(shù)據(jù)處理的一些應(yīng)用實例。

第三篇共4章，其中第8章主要介紹材料本構(gòu)關(guān)系的UPFs二次開發(fā)應(yīng)用實例。在第8章的基礎(chǔ)上，第9章介紹復雜材料本構(gòu)模型二次開發(fā)的方法。第10章介紹利用UPFs開發(fā)單元的兩種方法和應(yīng)用實例。第11章介紹其他UPFs二次開發(fā)的實例，比如用戶自定義命令、用戶自定義輸出、用戶自定義載荷等，最后一節(jié)介紹基于Visual Basic的ANSYS二次開發(fā)方法。

由于本書作者從事巖土工程方面的研究，因而書中給出的巖土工程的例子稍多，但這些例子專業(yè)性都不強，不影響非巖土工程專業(yè)讀者的學習。針對二次開發(fā)功能，本書所舉的說明性例子都較為簡單，簡單的模型不僅能使分析過程和計算結(jié)果清晰明了，更能使介紹的重點放在ANSYS二次開發(fā)上，有利于讀者的學習。本書的案例非常豐富，而且這些案例都是經(jīng)過驗證的，讀者可以輕松地再現(xiàn)案例過程。此外還需說明，為了節(jié)省篇幅，本書在進行介紹時全部以APDL命令流為主，沒有給出GUI操作路徑。

本書提供各類文件近100個，包括各章節(jié)應(yīng)用實例的命令流文件、用戶子程序源代碼、數(shù)據(jù)文件和宏文件等，可到中國水利水電出版社網(wǎng)站和萬水書苑免費下載，網(wǎng)址為：http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.dgboyong.cn。

本書可作為廣大ANSYS用戶學習ANSYS二次開發(fā)的參考用書，但要求讀者對ANSYS較為熟悉，且擁有一定的有限元理論基礎(chǔ)。通過認真學習本書內(nèi)容，讀者可對ANSYS二次開發(fā)方法有基本的認識，為實現(xiàn)讀者自己的二次開發(fā)功能提供參考。

感謝導師高峰教授對編寫本書的大力支持，感謝中國礦業(yè)大學與工程科學系各位同事的幫助。感謝中國仿真互動網(wǎng)（www.Simwe.com）各位熱心網(wǎng)友的支持。在本書的編輯過程中，參與具體工作的還有：李偉、景小艷、許志清、劉軍華、夏惠軍、張賽橋、姚新軍、張強林、張代全、萬雷、王斌、江廣順、李強、余松、郭敏、董茜、陳鯤、王曉、李曉寧、丁佳、虞志勇、吳艷。在本書創(chuàng)作期間獲得中國水利水電出版社老師的大力支持，正是他們的辛苦付出，才使得本書能夠在第一時間面向讀者。若讀者在學習過程中發(fā)現(xiàn)問題或有更好的建議，可以通過www.dozan.cn/bbs與我們聯(lián)系。

由于ANSYS二次開發(fā)涉及的范圍極廣，本書有限的篇幅無法一一深入介紹，故無法滿足所有讀者的需要。此外，由于作者水平有限，難免存在疏漏和錯誤，敬請廣大讀者批評指正。

編者

2011年11月

第一篇 二次開發(fā)基礎(chǔ)篇

第1章 ANSYS軟件及其二次開發(fā)工具 1
1.1 ANSYS簡介 1
1.1.1 ANSYS的發(fā)展歷程 1
1.1.2 ANSYS 12.0的組成 2
1.1.3 其他有限元軟件 4
1.2 ANSYS二次開發(fā)工具 8
1.2.1 APDL參數(shù)化設(shè)計語言 9
1.2.2 UPFs用戶可編程特性 9
1.2.3 UIDL界面設(shè)計語言 10
1.2.4 Tcl/Tk語言 14
第2章 APDL基本知識 17
2.1 APDL語言基礎(chǔ) 17
2.1.1 APDL參數(shù)及數(shù)組 17
2.1.2 APDL程序控制 26
2.1.3 APDL語言編輯器 27
2.2 APDL宏 29
2.2.1 創(chuàng)建APDL宏 29
2.2.2 APDL宏的運行 31
2.2.3 參數(shù)傳遞 32
2.2.4 APDL宏簡單實例 33
第3章 UPFs基本知識 35
3.1 UPFs基礎(chǔ) 35
3.1.1 UPFs的功能 35
3.1.2 使用UPFs的建議 36
3.1.3 inc文件 36
3.1.4 關(guān)于程序的調(diào)試 37
3.1.5 UPFs的構(gòu)成 42
3.2 UPFs基本子程序 42
3.2.1 本構(gòu)模型開發(fā)用戶子程序 42
3.2.2 單元開發(fā)用戶子程序 54
3.2.3 單元開發(fā)支持子程序 55
3.2.4 修改和監(jiān)視已存在單元的用戶
子程序 71
3.2.5 載荷用戶子程序 77
3.2.6 支持子程序 86
3.2.7 計算干預用戶子程序 89
3.2.8 自定義命令用戶子程序 90
3.2.9 內(nèi)存管理子程序 90
3.2.10 參數(shù)處理子程序 91
3.2.11 其他有用的子程序和命令 93
3.3 訪問ANSYS數(shù)據(jù)庫的子程序 94
3.3.1 選擇或獲得節(jié)點及單元的子程序 95
3.3.2 節(jié)點信息相關(guān)子程序 95
3.3.3 單元特征相關(guān)子程序 95
3.3.4 耦合及約束相關(guān)子程序 97
3.3.5 節(jié)點載荷子程序 97
3.3.6 單元載荷子程序 99
3.3.7 結(jié)果信息子程序 102
3.4 方便用戶開發(fā)的子程序 107
3.4.1 通用子程序 107
3.4.2 向量操作子程序 113
3.4.3 矩陣操作子程序 119
3.5 UPFs的編譯連接與激活 126
3.5.1 FORTRAN編譯器及系統(tǒng)設(shè)置 126
3.5.2 編譯連接過程 130
3.5.3 使用FORTRAN之外的語言
編譯連接 132
3.5.4 激活UPFs的方法 135
3.6 UPFs應(yīng)用實例 138
3.6.1 利用UPFs計算單元長度 138
3.6.2 編譯連接 139
3.6.3 結(jié)果驗證 140

第二篇 APDL二次開發(fā)篇

第4章 參數(shù)化建模及分析 142
4.1 APDL參數(shù)化建模及分析基礎(chǔ) 142
4.1.1 APDL參數(shù)化建模基礎(chǔ) 143
4.1.2 APDL通用分析程序 143
4.2 建立參數(shù)化彈簧模型 143
4.2.1 問題描述 143
4.2.2 模型建立 144
4.3 建立漸開線圓柱齒輪模型 146
4.3.1 問題描述 146
4.3.2 模型建立 147
4.4 采礦過程專用應(yīng)力分析程序 151
4.4.1 問題描述 152
4.4.2 參數(shù)化模型 154
4.4.3 開挖求解及后處理 157
4.4.4 分析實例 158
第5章 優(yōu)化設(shè)計 160
5.1 APDL優(yōu)化設(shè)計基礎(chǔ) 160
5.1.1 ANSYS優(yōu)化分析的概念 160
5.1.2 優(yōu)化算法 161
5.1.3 APDL優(yōu)化設(shè)計的步驟 163
5.2 梁截面尺寸優(yōu)化設(shè)計 164
5.2.1 問題描述 164
5.2.2 APDL優(yōu)化過程 165
5.2.3 優(yōu)化結(jié)果分析 166
第6章 APDL本構(gòu)模型開發(fā) 169
6.1 Duncan-Chang本構(gòu)模型算法 169
6.1.1 Duncan-Chang模型介紹 169
6.1.2 Duncan-Chang模型算法 170
6.2 APDL實現(xiàn)過程 172
6.2.1 生成并調(diào)用宏文件 172
6.2.2 APDL實現(xiàn)過程 173
第7章 數(shù)據(jù)處理 176
7.1 自定義輸出文件格式 176
7.1.1 ANSYS輸出文件格式的設(shè)置 176
7.1.2 用戶自定義輸出格式 180
7.2 建立ABAQUS輸入文件 181
7.2.1 ABAQUS inp文件一般格式 181
7.2.2 利用ANSYS輸出inp文件 183
7.3 向量和矩陣操作 187
7.3.1 向量操作基礎(chǔ) 187
7.3.2 應(yīng)用實例 187
7.4 用戶自定義動畫 193
7.4.1 ANSYS動畫顯示基礎(chǔ) 193
7.4.2 自定義動畫的方法 194
7.4.3 應(yīng)用實例 194
7.5 剛度矩陣可視化 199
7.5.1 剛度矩陣的圖形化輸出方法 199
7.5.2 Harwell-Boeing文件格式 200
7.5.3 矩陣稀疏率 201
7.5.4 測試模型 201
7.5.5 相關(guān)宏文件說明 202

第三篇 UPFs二次開發(fā)篇

第8章 簡單材料模型的二次開發(fā) 206
8.1 簡單彈性材料模型 206
8.1.1 usermat子程序介紹 206
8.1.2 應(yīng)力更新 210
8.1.3 一致切線算子矩陣 211
8.1.4 單軸拉伸試驗模擬 214
8.2 超彈性材料模型 216
8.2.1 UserHyper用戶子程序 216
8.2.2 模型算法 217
8.2.3 數(shù)值實施 217
8.2.4 橡膠材料受力分析 219
8.3 考慮損傷的材料模型 223
8.3.1 彈性損傷本構(gòu)方程 223
8.3.2 數(shù)值實施 224
8.3.3 應(yīng)用實例 228
8.4 蠕變材料模型 230
8.4.1 隱式蠕變與顯式蠕變 230
8.4.2 usercreep用戶子程序 231
8.4.3 模型算法 232
8.4.4 數(shù)值實施 233
8.4.5 零件鍛造過程模擬 236
8.5 用戶自定義破壞準則 241
8.5.1 userfc用戶子程序 241
8.5.2 模型算法 241
8.5.3 數(shù)值實施 242
8.5.4 層合板受力破壞模擬 244
8.6 樁土相互作用彈簧本構(gòu)的開發(fā) 247
8.6.1 問題描述 247
8.6.2 模型算法 249
8.6.3 數(shù)值實施 250
8.6.4 應(yīng)用實例 255
第9章 復雜彈塑性材料模型的二次開發(fā) 259
9.1 塑性理論基礎(chǔ) 259
9.1.1 屈服準則 260
9.1.2 強化準則 265
9.1.3 流動法則 266
9.1.4 寫成矩陣形式 268
9.1.5 用應(yīng)力不變量表示的屈服函數(shù) 268
9.2 Drucker-Prager本構(gòu)模型的開發(fā) 271
9.2.1 一致切線算子矩陣 271
9.2.2 應(yīng)力更新過程 273
9.2.3 usermat代碼 276
9.2.4 邊坡穩(wěn)定性分析 281
第10章 單元二次開發(fā) 285
10.1 有限單元法基本理論 285
10.1.1 幾何方程與形函數(shù) 286
10.1.2 虛功原理與有限元方程 287
10.1.3 等參元 288
10.1.4 數(shù)值積分 292
10.1.5 ANSYS單元相關(guān)知識 294
10.2 開發(fā)單元的兩種方法 297
10.2.1 用戶定義單元API 297
10.2.2 直接訪問單元相關(guān)數(shù)據(jù)庫和文件 299
10.2.3 兩種方法的區(qū)別 299
10.3 用戶定義單元API 301
10.3.1 UserElem用戶子程序 301
10.3.2 ElemGetMat子程序 305
10.3.3 單元驗證 308
10.4 直接訪問單元相關(guān)數(shù)據(jù)庫和文件 322
10.4.1 uec用戶子程序 323
10.4.2 uel用戶子程序 324
10.4.3 uex用戶子程序 325
10.4.4 uep用戶子程序 325
10.4.5 usertr和userac用戶子程序 326
10.5 三維桿單元的開發(fā) 328
10.5.1 LINK8單元描述 329
10.5.2 uec用戶子程序 330
10.5.3 uel用戶子程序 332
10.5.4 單元驗證 343
第11章 其他二次開發(fā)功能 345
11.1 用戶自定義命令 345
11.1.1 基本步驟 345
11.1.2 應(yīng)用實例 346
11.2 用戶自定義輸出 354
11.2.1 基本介紹 355
11.2.2 應(yīng)用實例 355
11.3 用戶自定義載荷 362
11.3.1 基本介紹 362
11.3.2 應(yīng)用實例 363
11.4 用戶自定義優(yōu)化程序 366
11.4.1 使用自定義優(yōu)化程序的方法 366
11.4.2 userop用戶子程序 366
11.5 基于Visual Basic的ANSYS二次開發(fā) 370
11.5.1 Visual Basic與ANSYS的接口 370
11.5.2 應(yīng)用實例 371
常見錯誤及調(diào)試 373
參考文獻 374

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