1.針對二次開發功能，利用簡單的模型，使分析過程和計算結果清晰明了

2.豐富且經過驗證的案例，讀者可輕松再現案例過程

3.提供命令流、用戶子程序源代碼、數據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，應用范圍極廣，得到了廣大工程技術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工具：APDL（參數化設計語言）主要用于完成一些通用性強的任務，如參數化建模，創建專用分析程序等；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，包括開發材料本構模型、開發新的單元、定義用戶載荷等；UIDL和Tcl/Tk用于創建用戶定制界面。本書介紹的重點是APDL和UPFs。本書共分三篇，分別是：二次開發基礎篇、APDL二次開發篇和UPFs二次開發篇。

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的以及開源的有限元軟件，然后介紹ANSYS二次開發的4個工具，對于UIDL和Tcl/Tk，分別給出了一個應用實例。第2章介紹APDL的基本知識，包括APDL語言基礎和APDL宏。第3章介紹UPFs基本知識，其中3.2到3.4節詳細介紹各個用于UPFs二次開發的FORTRAN子程序。

第二篇共4章，其中第4章主要介紹APDL參數化建模和專用分析程序。第5章介紹APDL優化設計的相關知識，并給出了一個幾何尺寸優化分析的例子。第6章介紹APDL本構模型開發的例子。第7章介紹APDL數據處理的一些應用實例。

第三篇共4章，其中第8章主要介紹材料本構關系的UPFs二次開發應用實例。在第8章的基礎上，第9章介紹復雜材料本構模型二次開發的方法。第10章介紹利用UPFs開發單元的兩種方法和應用實例。第11章介紹其他UPFs二次開發的實例，比如用戶自定義命令、用戶自定義輸出、用戶自定義載荷等，最后一節介紹基于Visual Basic的ANSYS二次開發方法。

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，但這些例子專業性都不強，不影響非巖土工程專業讀者的學習。針對二次開發功能，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果清晰明了，更能使介紹的重點放在ANSYS二次開發上，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過驗證的，讀者可以輕松地再現案例過程。此外還需說明，為了節省篇幅，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，包括各章節應用實例的命令流文件、用戶子程序源代碼、數據文件和宏文件等，可到中國水利水電出版社網站和萬水書苑免費下載，網址為：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。通過認真學習本書內容，讀者可對ANSYS二次開發方法有基本的認識，為實現讀者自己的二次開發功能提供參考。

感謝導師高峰教授對編寫本書的大力支持，感謝中國礦業大學與工程科學系各位同事的幫助。感謝中國仿真互動網（www.Simwe.com）各位熱心網友的支持。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現問題或有更好的建議，可以通過www.dozan.cn/bbs與我們聯系。

由于ANSYS二次開發涉及的范圍極廣，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 二次開發基礎篇

第1章 ANSYS軟件及其二次開發工具 1
1.1 ANSYS簡介 1
1.1.1 ANSYS的發展歷程 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二次開發工具 8
1.2.1 APDL參數化設計語言 9
1.2.2 UPFs用戶可編程特性 9
1.2.3 UIDL界面設計語言 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 17
2.1.1 APDL參數及數組 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 創建APDL宏 29
2.2.2 APDL宏的運行 31
2.2.3 參數傳遞 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 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 關于程序的調試 37
3.1.5 UPFs的構成 42
3.2 UPFs基本子程序 42
3.2.1 本構模型開發用戶子程序 42
3.2.2 單元開發用戶子程序 54
3.2.3 單元開發支持子程序 55
3.2.4 修改和監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 內存管理子程序 90
3.2.10 參數處理子程序 91
3.2.11 其他有用的子程序和命令 93
3.3 訪問ANSYS數據庫的子程序 94
3.3.1 選擇或獲得節點及單元的子程序 95
3.3.2 節點信息相關子程序 95
3.3.3 單元特征相關子程序 95
3.3.4 耦合及約束相關子程序 97
3.3.5 節點載荷子程序 97
3.3.6 單元載荷子程序 99
3.3.7 結果信息子程序 102
3.4 方便用戶開發的子程序 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編譯器及系統設置 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 結果驗證 140

第二篇 APDL二次開發篇

第4章 參數化建模及分析 142
4.1 APDL參數化建模及分析基礎 142
4.1.1 APDL參數化建模基礎 143
4.1.2 APDL通用分析程序 143
4.2 建立參數化彈簧模型 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 采礦過程專用應力分析程序 151
4.4.1 問題描述 152
4.4.2 參數化模型 154
4.4.3 開挖求解及后處理 157
4.4.4 分析實例 158
第5章 優化設計 160
5.1 APDL優化設計基礎 160
5.1.1 ANSYS優化分析的概念 160
5.1.2 優化算法 161
5.1.3 APDL優化設計的步驟 163
5.2 梁截面尺寸優化設計 164
5.2.1 問題描述 164
5.2.2 APDL優化過程 165
5.2.3 優化結果分析 166
第6章 APDL本構模型開發 169
6.1 Duncan-Chang本構模型算法 169
6.1.1 Duncan-Chang模型介紹 169
6.1.2 Duncan-Chang模型算法 170
6.2 APDL實現過程 172
6.2.1 生成并調用宏文件 172
6.2.2 APDL實現過程 173
第7章 數據處理 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 187
7.3.2 應用實例 187
7.4 用戶自定義動畫 193
7.4.1 ANSYS動畫顯示基礎 193
7.4.2 自定義動畫的方法 194
7.4.3 應用實例 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 相關宏文件說明 202

第三篇 UPFs二次開發篇

第8章 簡單材料模型的二次開發 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 彈性損傷本構方程 223
8.3.2 數值實施 224
8.3.3 應用實例 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的開發 247
8.6.1 問題描述 247
8.6.2 模型算法 249
8.6.3 數值實施 250
8.6.4 應用實例 255
第9章 復雜彈塑性材料模型的二次開發 259
9.1 塑性理論基礎 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 用應力不變量表示的屈服函數 268
9.2 Drucker-Prager本構模型的開發 271
9.2.1 一致切線算子矩陣 271
9.2.2 應力更新過程 273
9.2.3 usermat代碼 276
9.2.4 邊坡穩定性分析 281
第10章 單元二次開發 285
10.1 有限單元法基本理論 285
10.1.1 幾何方程與形函數 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 數值積分 292
10.1.5 ANSYS單元相關知識 294
10.2 開發單元的兩種方法 297
10.2.1 用戶定義單元API 297
10.2.2 直接訪問單元相關數據庫和文件 299
10.2.3 兩種方法的區別 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 直接訪問單元相關數據庫和文件 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 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 應用實例 363
11.4 用戶自定義優化程序 366
11.4.1 使用自定義優化程序的方法 366
11.4.2 userop用戶子程序 366
11.5 基于Visual Basic的ANSYS二次開發 370
11.5.1 Visual Basic與ANSYS的接口 370
11.5.2 應用實例 371
常見錯誤及調試 373
參考文獻 374

1. SwiftUI完全開發 [李智威 著]
2. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應用與技術評論 [欒春遠 編著]
3. 深入淺出OpenHarmony——架構、內核、驅動及應用開發全棧 [李傳釗 著]
4. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用（第二版） [李占營 張承承 李成良 編著]
5. Android高級程序設計 [主編　周雯　舒松]
6. 基于Android平臺的移動開發技術 [主編 徐碩博 黃衛東 賈雁]
7. Android 應用開發項目實戰 [主編 梁 琨 朱冰鴻]
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9. Android應用開發基礎教程 [主編 巫湘林]
10. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例（第二版） [李占營 闞川 等編著]
11. 基于ANSYS的復合材料有限元分析和應用 [李占營 闞川 張承承 編著]
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13. 全新Marc實例教程及常見問題解析 [孫丹丹 陳火紅 編著]
14. Android軟件應用與實踐 [主編 梁平 高峰]
15. 移動端UI設計及規范——分分鐘搞定App UI設計 [北京課工場教育科技有限公司Q]
16. 移動端UI商業項目實戰——讓人愛不釋手的移動端UI設計 [北京課工場教育科技有限公司]
17. 基于HyperMesh的結構有限元建模技術 [付亞蘭 謝素明 編著]
18. Android開發實用教程 [主編 王建華 張偉]
19. MSC產品實用技術技巧 [MSC軟件公司 編著]
20. C++應用程序設計 [劉彥姝 謝景偉]
21. Android基礎教程 [余 平 張建華]
22. ANSYS APDL參數化有限元分析技術及其應用實例 [張濤 等編著]
23. ANSYS Workbench基礎教程與實例詳解（第二版） [浦廣益]
24. ANSYS非線性有限元分析方法及范例應用 [張洪偉 高相勝 張慶余 編著]
25. ANSYS信號完整性分析與仿真實例 [房麗麗 編著]
26. Android 4.X手機/平板電腦程序設計入門、應用到精通（第二版） [孫宏明 著]
27. 全新Marc實例教程與常見問題解析 [馮超 孫丹丹 陳火紅]
28. 壓力容器全模型ANSYS分析與強度計算新規范 [欒春遠 編著]
29. Android開發完全講義（第二版） [李寧 編著]
30. Android手機/平板電腦程序開發教練 [黃彬華 編著]