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摘 要：本文利用ANSYS提供的二次开发工具ANSYS Parameter Design Language（APDL），针对ANSYS前处理模块借助VB开发出具有良好用户界面的钢框架结构有限元前处理系统。通过实例说明了程序的运行情况良好，极大减小了ANSYS前处理的工作量。
关键词：二次开发；APDL；钢框架；前处理系统；ANSYS
Abstract: This paper provided by ANSYS two development tool ANSYS Parameter Design Language ( APDL ), the ANSYS pretreatment module using VB to develop a good user interface of the steel frame structure finite element pre processing system. Through an example of program running in good condition, greatly reducing the workload of ANSYS pretreatment.
Keywords: secondary development; APDL; steel frame; pretreatment system; ANSYS
中图分类号：O245 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
ANSYS是一个通用的有限元软件，也是建筑行业仿真分析的重要工具，在结构分析中得到了广泛的应用，可以对结构在各种荷载条件下的应力、变形、稳定性及动力特性进行全面分析。但在使用ANSYS分析结构时前处理工作量太大，为了提高效率，在原前处理的基础上开发专用于钢框架结构的前处理系统，可以大大提高ANSYS前处理的效率，为采用ANSYS分析和研究钢框架提供了高效率的工具。
2 ANSYS前处理二次开发系统与功能介绍
2.1前处理系统简介
前处理系统包括能反映钢框架结构的控制信息、单元信息、材料信息、网格划分、施加位移边界条件等参数的界面。控制信息可以反映钢框架结构的形状等特征，用户只要将描述结构外形的参数输入即可。材料信息可以反映构件的截面信息和各单元的弹性模量、泊松比、密度以及热膨胀系数等材料设计参数；网格划分是指输入各单元网格划分的单元形状、划分单元大小，程序根据输入各单元对应的参数值自动进行网格划分。
对于构件截面形状中涉及到的标准型钢，本程序运用Visual Basic6.0提供的可视化数据管理器建立其截面的Access数据库，并利用数据访问对象实现数据源的连接以及数据的操作。当用户在数据库中选择型钢型号时，随着当前记录的改变，数据列表栏能自动刷新显示的与型钢型号对应的数据
以上各项的前处理数据信息是用Visual Basic6.0语句编写，以APDL语言形式，将数据信息按照顺序（记录的写入顺序、在文件中存放的顺序和从文件中读出记录的顺序三者一致）输入到指定的文本文件中，从而形成ANSYS的命令流文件。
为了实现在前处理系统中直接调用ANSYS进行分析计算，作者在前处理系统中利用了VB6.0提供的控件设计器，通过控件设计器简化前处理系统的代码。具体步骤如下：
建立一个ActiveX控件设计器，在其中添加一个命令按钮，并设置相应的属性。在命令按钮中添加如下代码：
Private Sub Command1_Click ( )
Dim X
X=Shell(“X:…v70ansysinintelansys70.exe–g-i Y:…Inputname.txt –o Y:…Outputname.txt”)
End sub
2.2前处理系统功能介绍
用户通过本文设计的前处理系统建立有限元模型时，可以实现以下四个功能：（1）钢框架结构的控制参数输入；（2）对输入的数据进行修改、添加和删除，同时对数据进行自动检查，无效的数据给予提示，并提示用户重新输入，对于重要的数据则要求用户确认，以此来保证参数输入的正确性；（3）根据用户输入的参数自动生成ANSYS能够识别的命令流文件；（4）将生成的命令流文件提交给ANSYS进行批处理操作。
3 应用实例
3.1实例概况
本算例采用开间6跨、进深3跨的9层钢框架结构体系。钢框架结构平面图见图1。钢框架结构立面图见图2。
图1 钢框架结构平面图 图2 钢框架结构立面图
钢框架结构钢材采用Q235，密度为7850，弹性模量E＝206GPa，泊松比，线膨胀系数（以每计）。本算例中梁采用ANSYS空间梁单元Beam188、板采用组合壳单元shell181来建立有限元模型。主要构件的初始截面尺寸见表1：
表1 构件截面几何尺寸(单位： )
3.2采用原前处理建立模型
本算例直接采用原前處理建立有限元模型的步骤：（1）设置分析环境和工作平面，进入前处理器；（2）定义单元类型和实常数；（3）定义材料属性，即定义梁、板、柱所用材料的弹性模量、泊松比和密度；（4）根据算例所给的结构形状与构件截面尺寸建立关键点和梁、柱的方向关键点。（5）创建各层梁和柱。（6）为梁柱单元指定截面参数。定义各杆件单元截面，本实例钢柱、钢梁两种截面要分别定义，输入截面的各个几何参数值和截面网格的疏密程度。（7）创建各层楼板。（8）划分网格。用户要反复点击ANSYS中的坐标定位拾取窗口和图元检索拾取窗口，在图形显示区域选择已经定义的直线和平面，指定划分形成的线单元和面单元的属性；利用已经建立的方向关键点指定梁和柱的空间位置；对线和面划分的网格尺寸进行设置；打开网格划分工具MeshTool窗口，再次利用坐标定位拾取窗口、图元检索拾取窗口分别选择要划分的线和面，确定后即可完成单元的划分。（9）施加位移边界条件，指定各柱固定端的位移约束。
3.3采用本文设计的前处理系统建立模型
用户进入前处理系统。在前处理系统的“控制信息”中输入反映钢框架结构形状的柱距、跨度、跨数、层高、层数；在“材料信息”中输入钢框架结构中各构件的材料属性、截面类型；在“网格划分”中输入梁、柱、板单元网格大小与网格形状；在“荷载和位移边界条件”中输入钢柱底部的位移约束情况。用户点击生成“有限元模型”，在ANSYS图形界面上可以看到通过前处理系统建立的有限元模型。见图3。
如果需要调整有限元模型中的部分参数值时，只需要在前处理系统中输入需要调整的参数值，模型即作相应调整，避免了用户在ANSYS图形界面中反复选取需要修改的图形单元。修改后的节点图见图4。
图3 钢框架三维模型图4 模型节点图
通过算例表明：用户采用本文设计的前处理系统建立钢框架结构的有限元模型时，只要在前处理系统中按照界面的引导输入有关的数据即可。而采用原前处理时需要反复建立关键点，在创建梁、柱、楼板和对单元划分网格时在ANSYS图形窗口中反复选取图形，一方面会加大用户的工作量，另一方面也容易出现错误。相比之下，利用本文设计的前处理系统建立模型具有直观、快捷、方便的优点。
4 结语
①用户利用ANSYS分析钢框架结构体系时，通过本文设计的前处理程序可快速得到所需的模型。在对模型施加荷载并进行分析计算时，当计算结果不尽合理时，可方便地通过前处理系统修改参数后重新进行建模、计算，直至得出合理的结果。
②分析钢框架结构时，采用的型钢尺寸参数可以直接从前处理系统的数据库中调用，避免了用户在ANSYS前处理建模过程中额外建立材料截面数据文件。
③本文设计的程序具有良好的可移植性，不依赖于特定的硬件设备，只要能够安装ANSYS和VB6.0的硬件环境就可以使用，保证了本程序使用的广泛性。
参考文献
[1] 段兴,吴德胜,齐晓亮等编.Visual Basic 6.0数据库实用设计100例[M].人民邮电出版社.2002.12
[2] 郭士雄,李国强编.钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J].国防大学土木工程学院.2005
关键词：二次开发；APDL；钢框架；前处理系统；ANSYS
Abstract: This paper provided by ANSYS two development tool ANSYS Parameter Design Language ( APDL ), the ANSYS pretreatment module using VB to develop a good user interface of the steel frame structure finite element pre processing system. Through an example of program running in good condition, greatly reducing the workload of ANSYS pretreatment.
Keywords: secondary development; APDL; steel frame; pretreatment system; ANSYS
中图分类号：O245 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
1 引言
ANSYS是一个通用的有限元软件，也是建筑行业仿真分析的重要工具，在结构分析中得到了广泛的应用，可以对结构在各种荷载条件下的应力、变形、稳定性及动力特性进行全面分析。但在使用ANSYS分析结构时前处理工作量太大，为了提高效率，在原前处理的基础上开发专用于钢框架结构的前处理系统，可以大大提高ANSYS前处理的效率，为采用ANSYS分析和研究钢框架提供了高效率的工具。
2 ANSYS前处理二次开发系统与功能介绍
2.1前处理系统简介
前处理系统包括能反映钢框架结构的控制信息、单元信息、材料信息、网格划分、施加位移边界条件等参数的界面。控制信息可以反映钢框架结构的形状等特征，用户只要将描述结构外形的参数输入即可。材料信息可以反映构件的截面信息和各单元的弹性模量、泊松比、密度以及热膨胀系数等材料设计参数；网格划分是指输入各单元网格划分的单元形状、划分单元大小，程序根据输入各单元对应的参数值自动进行网格划分。
对于构件截面形状中涉及到的标准型钢，本程序运用Visual Basic6.0提供的可视化数据管理器建立其截面的Access数据库，并利用数据访问对象实现数据源的连接以及数据的操作。当用户在数据库中选择型钢型号时，随着当前记录的改变，数据列表栏能自动刷新显示的与型钢型号对应的数据
以上各项的前处理数据信息是用Visual Basic6.0语句编写，以APDL语言形式，将数据信息按照顺序（记录的写入顺序、在文件中存放的顺序和从文件中读出记录的顺序三者一致）输入到指定的文本文件中，从而形成ANSYS的命令流文件。
为了实现在前处理系统中直接调用ANSYS进行分析计算，作者在前处理系统中利用了VB6.0提供的控件设计器，通过控件设计器简化前处理系统的代码。具体步骤如下：
建立一个ActiveX控件设计器，在其中添加一个命令按钮，并设置相应的属性。在命令按钮中添加如下代码：
Private Sub Command1_Click ( )
Dim X
X=Shell(“X:…v70ansysinintelansys70.exe–g-i Y:…Inputname.txt –o Y:…Outputname.txt”)
End sub
2.2前处理系统功能介绍
用户通过本文设计的前处理系统建立有限元模型时，可以实现以下四个功能：（1）钢框架结构的控制参数输入；（2）对输入的数据进行修改、添加和删除，同时对数据进行自动检查，无效的数据给予提示，并提示用户重新输入，对于重要的数据则要求用户确认，以此来保证参数输入的正确性；（3）根据用户输入的参数自动生成ANSYS能够识别的命令流文件；（4）将生成的命令流文件提交给ANSYS进行批处理操作。
3 应用实例
3.1实例概况
本算例采用开间6跨、进深3跨的9层钢框架结构体系。钢框架结构平面图见图1。钢框架结构立面图见图2。
图1 钢框架结构平面图 图2 钢框架结构立面图
钢框架结构钢材采用Q235，密度为7850，弹性模量E＝206GPa，泊松比，线膨胀系数（以每计）。本算例中梁采用ANSYS空间梁单元Beam188、板采用组合壳单元shell181来建立有限元模型。主要构件的初始截面尺寸见表1：
表1 构件截面几何尺寸(单位： )
3.2采用原前处理建立模型
本算例直接采用原前處理建立有限元模型的步骤：（1）设置分析环境和工作平面，进入前处理器；（2）定义单元类型和实常数；（3）定义材料属性，即定义梁、板、柱所用材料的弹性模量、泊松比和密度；（4）根据算例所给的结构形状与构件截面尺寸建立关键点和梁、柱的方向关键点。（5）创建各层梁和柱。（6）为梁柱单元指定截面参数。定义各杆件单元截面，本实例钢柱、钢梁两种截面要分别定义，输入截面的各个几何参数值和截面网格的疏密程度。（7）创建各层楼板。（8）划分网格。用户要反复点击ANSYS中的坐标定位拾取窗口和图元检索拾取窗口，在图形显示区域选择已经定义的直线和平面，指定划分形成的线单元和面单元的属性；利用已经建立的方向关键点指定梁和柱的空间位置；对线和面划分的网格尺寸进行设置；打开网格划分工具MeshTool窗口，再次利用坐标定位拾取窗口、图元检索拾取窗口分别选择要划分的线和面，确定后即可完成单元的划分。（9）施加位移边界条件，指定各柱固定端的位移约束。
3.3采用本文设计的前处理系统建立模型
用户进入前处理系统。在前处理系统的“控制信息”中输入反映钢框架结构形状的柱距、跨度、跨数、层高、层数；在“材料信息”中输入钢框架结构中各构件的材料属性、截面类型；在“网格划分”中输入梁、柱、板单元网格大小与网格形状；在“荷载和位移边界条件”中输入钢柱底部的位移约束情况。用户点击生成“有限元模型”，在ANSYS图形界面上可以看到通过前处理系统建立的有限元模型。见图3。
如果需要调整有限元模型中的部分参数值时，只需要在前处理系统中输入需要调整的参数值，模型即作相应调整，避免了用户在ANSYS图形界面中反复选取需要修改的图形单元。修改后的节点图见图4。
图3 钢框架三维模型图4 模型节点图
通过算例表明：用户采用本文设计的前处理系统建立钢框架结构的有限元模型时，只要在前处理系统中按照界面的引导输入有关的数据即可。而采用原前处理时需要反复建立关键点，在创建梁、柱、楼板和对单元划分网格时在ANSYS图形窗口中反复选取图形，一方面会加大用户的工作量，另一方面也容易出现错误。相比之下，利用本文设计的前处理系统建立模型具有直观、快捷、方便的优点。
4 结语
①用户利用ANSYS分析钢框架结构体系时，通过本文设计的前处理程序可快速得到所需的模型。在对模型施加荷载并进行分析计算时，当计算结果不尽合理时，可方便地通过前处理系统修改参数后重新进行建模、计算，直至得出合理的结果。
②分析钢框架结构时，采用的型钢尺寸参数可以直接从前处理系统的数据库中调用，避免了用户在ANSYS前处理建模过程中额外建立材料截面数据文件。
③本文设计的程序具有良好的可移植性，不依赖于特定的硬件设备，只要能够安装ANSYS和VB6.0的硬件环境就可以使用，保证了本程序使用的广泛性。
参考文献
[1] 段兴,吴德胜,齐晓亮等编.Visual Basic 6.0数据库实用设计100例[M].人民邮电出版社.2002.12
[2] 郭士雄,李国强编.钢结构设计中对ANSYS的二次开发[J].国防大学土木工程学院.2005