本書詳細介紹了參數化設計語言APDL的基本要素和典型應用技術。基本要素包括支持APDL的菜單操作、變量、數組與表參數

及其用法、數據文件的讀寫、數據庫信息的訪問、數學表達式、使用函數編輯器和加載器、矢量與矩陣運算、APDL Math、內部函數、流程控制、宏與宏庫、定制用戶圖形界面，這些是APDL編程語言的組成部分，能很好

地將ANSYS的命令按照一定順序組織起來，并利用參數實現數據的交換和傳遞，實現有限元分析過程的參數化和批處理。APDL的應用除包括參數化的建模、加載、求解、后處理等基本技術外，還包括專用分析系統開發、

界面系統開發、基于APDL的優化設計技術以及Workbench中APDL的使用。

本書是一本學習APDL的技術資料，是靈活掌握ANSYS專題分析技術的輔助資料，也是Workbench用戶使用APDL語言的一本工具書。通過對本書的

學習讀者會進一步提高有限元分析的分析手段和綜合應用能力，進一步提高ANSYS軟件的使用深度。

歷史上，人物和事件的組合催生新

的技術進步并影響歷史的發展這類現象屢見不鮮。20世紀中期的數值仿真領域就處在這一時期。那時，數值仿真已經開始走向了工程設計與研發的前端。從那時起，采用計算機輔助工程（CAE）技術來解決工程問題日趨

重要。

對于一個復雜產品的設計，環境、結構、熱、流場、電磁等多種因素共同影響了其性能。而早期CAE技術只能對其某一方向進行仿真分析建模，例如有限元模型、計算流體力學模型、計算電磁學模型等，這是

在計算成本與收益之間做一個權衡的結果。然而，在過去的十年中，隨著計算機性能的提升，CAE技術發生了革命性的變化。具體地講，各個學科都有了成熟的產品來解決相關領域的問題，例如計算固體力學方面有ANSYS

Mechanical、MSC Nastran、Abaqus等；計算流體力學方面有CFX、Fluent等；計算電磁學有Ansoft等。

隨著自主研發能力的增強，國內外企業、科研院所對設計分析人員的要求已經從具備單一學科設計分析能力轉變

到具備多學科綜合設計分析能力。這對設計分析人員提出了更高的要求，需要學習更多的學科知識、更多的軟件工具。CAE企業ANSYS公司意識到市場的需求，從2002年起逐漸兼并了Fluent、CFX、Icepak和Ansoft等仿真

工具，致力于多物理場仿真分析工具的開拓。ANSYS Workbench即是ANSYS公司在2002年為了整合自身產品并最終實現多物理場耦合而提出的框架體系，目前在國內外客戶中已經廣泛使用。它的典型特點是：



多物理場耦合

多物理場耦合為ANSYS產品的最大特色，充分體現了CAE領域的發展趨勢。它具備結構、熱、流體、電磁單場求解器和多場耦合求解器。在ANSYS Workbench框架下，用戶可以方便地實現流－固、流－固

－熱、電－熱等耦合場分析。Workbench解決了不同軟件之間仿真載荷及數據傳遞的問題。

 統一前后處理

Workbench具有強大的CAD軟件接口、易用的網格劃分工具和后處理功能，工程設計人員利用

Workbench可以只學習一套模型處理、網格劃分工具，輸出不同的求解器網格格式，進行相應的仿真分析。

 多學科參數優化

通過Workbench體系能夠將項目中的幾何、材料、載荷和計算結果等進

行參數化，然后利用ANSYS Design Xplorer模塊進行試驗設計（DOE）、目標驅動優化設計（Goal-Driven Optimization）、最小/最大搜索（Min/Max Search）、六西格瑪分析（Six Sigma Analysis）等多學科參數優化

設計。

APDL（參數化設計語言）作為ANSYS Mechanical的高級分析技術之一，在這一發展過程中也起到了重要的作用，是ANSYS中高級用戶不可缺少的重要技術。具體來說，APDL技術將在以下幾個方面起著重要的作

用：

 隨著ANSYS Workbench應用環境的廣泛使用，而Workbench并不能直接實現Mechanical求解器的所有建模、高級求解和后處理功能，因此APDL在Workbench環境下如何靈活運用成為ANSYS結構分析

中高級用戶的進一步需求。

 大量輸入參數、不同數據源的大型項目，尤其是大量使用梁、管、質點單元的模型，仍然適合于APDL技術進行參數化建模和項目管理。

 非ANSYS

Workbench網格劃分工具作為Mechanical的前處理工具時，需要使用APDL對模型進行載荷工況管理、求解器設置和后處理。

 研究人員、高級有限元分析人員認為修改結構矩陣而將Mechanical作為一個求解器

來使用的情況下，即運用APDL Math新技術時，需要使用APDL技術。

綜上，本書將獻給以上四方面的ANSYS用戶。本書主要分兩大部分介紹和學習參數化設計語言APDL，1～15章主要介紹APDL語言的基本要素，16～19

章重點介紹APDL的典型應用技術。其中，APDL的基本要素包括支持APDL的菜單操作、變量、數組與表參數及其用法、數據文件的讀寫、數據庫信息的訪問、數學表達式、使用函數編輯器和加載器、矢量與矩陣運算、APDL

Math、內部函數、流程控制、宏與宏庫，以及定制用戶圖形界面。這些技術要素是APDL編程語言的組成部分，他們可以很好地將ANSYS的命令按照一定順序組織起來，并利用參數實現數據的交換和傳遞，實現有限元分析

過程的參數化和批處理。特別地，APDL Math是13.0版本以來Mechanical APDL模塊中的重要新功能發布，也是ANSYS走向開放的重要一步。APDL Math擴展了APDL腳本環境，用于調用ANSYS軟件強大的矩陣運算功能和求解

器。APDL的應用除包括參數化的建模、加載、求解、后處理等基本技術外，還包括專用分析系統的開發、界面系統開發、基于APDL的優化設計技術，以及Workbench中APDL的使用。其中Workbench中APDL的使用對于

Workbench用戶提高分析深度及水平，提升分析效率有著重要的作用。本書對這些技術要素逐一進行介紹，并提供大量典型實例，幫助讀者真正掌握和理解這些技術并能舉一反三。

由于時間倉促，加之本書內容新、

書中涉及面廣及作者水平有限，書中不足甚至錯誤之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

作 者

2013年2月

前言

第1章 APDL參數化語言概論 1
第2章 參數與參數菜單系統
2
2.1 參數概念與類型 2
2.2 參數的命名規則 2
2.3 參數化操作環境介紹 3
第3章 變量參數及其用法 6
3.1 變量的定義與賦值 6
3.1.1 利用*SET命令進行變量
定義與賦值 6
3.1.2 利用賦值號“=”進行變量定義與
賦值 7
3.1.3 利用變量定義菜單或命令輸入窗口
進行變量定義與賦值 7
3.1.4 在啟動時利用驅動命令進行變量
定義
與賦值 8
3.2 刪除變量 8
3.3 數值型變量值的替換 9
3.4 字符參數的用法 9
3.4.1 字符參數的常見用法 9
3.4.2 強制字符參數執行替換 10
3.4.3 抑制發生字
符參數替換 11
3.4.4 使用字符參數的限制 11
3.5 數字或字符參數的動態替換 11
3.6 列表顯示變量參數 12
3.7 存儲與恢復變量 13
第4章 數組參數及其用法 14
4.1 數組參數類型與概念 14
4.2 定義數組參數 15
4.3 賦值數組參數 17
4.3.1 利用*SET命令或“=”給單個或多
個數組元素賦值 17
4.3.2 利用*VEDIT命令或按其等價菜單
方
式編輯數組 18
4.3.3 利用*VFILL命令或者其等價菜單
方式填充數組向量 18
4.4 列表顯示數組參數 20
4.5 曲線圖形顯示數組參數列矢量 20
4.6 刪除數組參數 23
4.7 存儲
與恢復數組參數 23
第5章 表參數及其用法 24
5.1 表參數的概念、定義、刪除與賦值 24
5.2 曲線圖形顯示表參數的列矢量 27
5.3 表插值及表載荷應用實例 27
第6章 參
數與數據文件的寫出與讀入 37
6.1 使用*VWRITE寫出數據文件 37
6.2 使用*VREAD命令讀取數據文件填充
數組 40
6.3 使用*TREAD命令讀取數據文件并填充
TABLE類型數組
41
第7章 訪問ANSYS數據庫數據 45
7.1 提取數據庫數據并賦值給變量 45
7.1.1 *GET提取命令 45
7.1.2 與*GET等價的內嵌提取函數 47
7.1.3 對象信息查詢函數 51
7.1.4 系統信息查詢函數/INQUIRE 54
7.1.5 獲取_STATUS和_RETURN參數值 55
7.2 批量提取數據庫數據并賦值給數組 58
第8章 數學表達式 62
第9章 使用函數編輯器與加載器
64
9.1 使用函數編輯器 64
9.2 使用函數加載器 70
9.3 使用函數邊界條件加載及其應用實例 71
9.3.1 使用函數邊界條件加載 71
9.3.2 使用函數邊界條件加載應用實
例 71
第10章 矢量與矩陣運算 80
10.1 矢量與矩陣運算設置 80
10.2 矢量運算 83
10.2.1 矢量間運算（*VOPER命令） 83
10.2.2 矢量函數（*VFUN命令） 86
10.2.3 矢
量－變量運算（*VSCFUN
命令） 87
10.2.4 矢量插值運算（*VITRP命令） 88
10.3 矩陣運算 89
10.3.1 矩陣間運算（*MOPER命令） 89
10.3.2 拷貝或轉置數組矩陣（*MFUN
命令
） 91
10.3.3 計算傅里葉級數（*MFOURI
命令） 92
第11章 APDL Math 94
11.1 APDL Math使用過程 94
11.2 矩陣和向量大小 95
11.3 提取復標量值 95
11.4 自由
度排序 96
11.5 創建用戶自定義超單元 97
11.6 矩陣運算使用建議 98
11.7 APDL Math實例 98
11.7.1 實例1：模態分析之后驗證模態
振型的正交性 98
11.7.2 實
例2：由.full文件讀取矩陣和
載荷向量并求解 99
11.7.3 實例3：完全法諧響應掃頻分析 99
11.7.4 實例4：由.full文件進行非對稱
模態分析 100
11.7.5 實例5：由.hbmat文件進行阻
尼
模態分析 100
11.7.6 實例6：由.sub文件導入、修改
并生成新的.sub文件 101
第12章 內部函數 102
第13章 流程控制 104
13.1 *GO無條件分支 104
13.2 *IF-
*IFELSE-*ELSE-*ENDIF條件
分支 105
13.3 *DO-*ENDDO循環 108
13.4 *DOWHILE循環 110
13.5 *REPEAT重復一個命令 110
13.6 流程控制命令快速參考 112
第14章 宏文件與宏庫 114
14.1 APDL宏及其功能 114
14.2 宏文件命名規則 115
14.3 宏搜索路徑 116
14.4 創建宏文件的方法 117
14.4.1 使用*CREATE創建宏文件 117
14.4.2 使用*CFWRITE創建宏文件 120
14.4.3 使用/TEE創建宏文件 121
14.4.4 使用菜單Utility Menu>Macro>
Create Macro創建宏文件 122
14.4.5 用文本編輯器創建宏文件
122
14.5 宏的局部變量 123
14.5.1 宏命令行的輸入變量 123
14.5.2 宏內部使用的局部變量 125
14.6 運行宏 126
14.7 宏嵌套：在宏內調用其他宏 127
14.8 使
用宏庫文件與運行宏庫中的宏 128
14.9 在宏中使用組和組件 130
14.10 加密宏文件 131
14.10.1 準備加密宏 131
14.10.2 生成加密宏 132
14.10.3 運行加密宏
132
第15章 定制用戶化圖形交互界面 133
15.1 單參數輸入對話框 133
15.2 多參數輸入對話框 134
15.3 調用ANSYS程序已有的對話框 136
15.4 宏中實現拾取操作 137
15.5 程
序運行進度對話框 138
15.6 宏運行的消息機制 139
15.7 定制工具條與縮寫 141
15.7.1 定制用戶化工具條按鈕 142
15.7.2 存儲與恢復工具條按鈕 143
15.7.3 嵌套工具
條縮寫 145
第16章 基于APDL的常規應用及其實例 146
16.1 ANSYS程序的啟動參數與啟動文件 146
16.2 驅動可執行文件 147
16.3 利用工具條按鈕調用宏 148
16.4 讀
入和寫出數據文件并實現多載荷步
瞬態動力學求解實例 149
16.5 參數化建模：創建標準零件/模型的通
用宏 152
16.6 參數化建模：連續變厚度板殼模型 158
16.7 施加隨坐標變化的壓
力載荷 160
16.8 施加表載荷進行載荷插值求解 163
第17章 基于APDL的專用分析程序二次開發
實例 167
第18章 基于APDL的有限元優化技術及其
應用 180
18.1 基于APDL的優化設計
概念 180
18.2 基于APDL的設計優化過程 181
18.2.1 創建分析文件 182
18.2.2 執行優化過程 185
18.2.3 查看設計序列結果 195
18.2.4 驗證最優或者選擇的可行性優化
設計序列 197
18.3 基于APDL的常見設計優化實例 199
18.3.1 數學問題的極小值 199
18.3.2 桁架輕型化優化設計 204
第19章 Workbench中APDL的使用 218
19.1 Workbench中
使用Mechanical APDL
的場景 218
19.2 Commands使用預備知識 219
19.2.1 Mechanical調用Mechanical APDL
求解器原理 219
19.2.2 Mechanical驅動Mechanical APDL
方式
220
19.2.3 Mechanical APDL文件系統 221
19.2.4 使用Commands準備工作 221
19.3 Mechanical使用Commands對象 222
19.3.1 Commands重要工具 222
19.3.2 Geometry分支 226
19.3.3 Remote Points 228
19.3.4 Connection分支 229
19.3.5 Analysis分支 232
19.3.6 Solution分支 234
19.3.7 Commands輸入輸出參數 236
19.4 Workbench中
消聲器聲場分析 238
19.4.1 引言 238
19.4.2 問題定義 239
19.4.3 操作步驟 239
19.4.4 關鍵Commands說明 246
19.4.5 進一步討論 251
附錄A APDL命令 252
附錄B 優
化設計命令 255
附錄C APDL通道命令 257

1. 信息技術基礎實訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]
2. ANSYS Workbench在壓力容器分析中的應用與技術評論 [欒春遠 編著]
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4. 計算機應用基礎（Windows 7+Office 2016） [主編 王洪平 楊華]
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17. 計算機應用基礎教程（Windows 7+Office 2010） [主 編 潘 迪 代子靜]
18. MSC Nastran動力分析指南（第二版） [李保國 黃曉銘 裴延軍 李偉 ]
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20. 計算機一級MS Office全真模擬手冊（第二版） [主編 張建軍 李瑛 王鋒]
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22. 計算機應用基礎實訓與習題指導（Windows 7+Office 2010） [主編 唐天國 曾慶勇]
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25. MSC Adams 多體動力學仿真基礎與實例解析（第二版） [湯滌軍 張躍 編著]
26. 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]
27. 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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29. 全國計算機等級考試一級MS Office教程及實訓指導 [主編 張心越 劉玉芳 邢怡]
30. ANSYS Icepak進階應用導航案例 [王永康　張義芳　編著]