- ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）
- 周炬 苏金英
- 3549字
- 2020-06-27 17:56:40
1.3 低版本程序打开高版本文件的过程
ANSYS近年来一年一度的版本升级，造成了用户使用的版本非常繁杂。以Workbench为例，从Workbench 12.0至Workbench 19.0版本，每个版本均有不同的用户在使用，这样也带来了存盘文件交换的困难。一般来说，高版本程序都可以打开低版本文件，低版本程序在打开高版本文件时可能会“望而兴叹”，但是Workbench可以由低版本程序打开高版本文件。下面以一个简单例子来说明此操作过程，同时可以了解Workbench的存盘文件的体系。
（1）建立高版本文件
以Workbench 16.0版本作为高版本，建立一个静力学分析。如图1-3-1所示，在前处理中已对模型进行了虚拟拓扑（virtual topology）和划分网格（mesh）等处理。注意，图1-3-1的内框区域表示对装配模型进行爆炸视图显示，这是Workbench 16.0以上版本的特征之一。
图1-3-1 Workbench 16.0的分析模型
Workbench 16.0的模型边界条件如图1-3-2所示。对中间两内孔加载Frictionless Support（无摩擦约束，螺栓联结一般采用无摩擦约束较为合理），对上表曲面加载Remote Force（远程力，实际工况采用远程力较为合理）。
图1-3-2 Workbench 16.0的边界条件
Workbench 16.0的模型计算结果如图1-3-3所示，其最大变形位于零件的右侧，数值为0.0044149mm；最大等效应力位于零件上表面的凹槽内，数值为3.103MPa。
图1-3-3 Workbench 16.0的计算结果
（2）准备中间文件
将Workbench 16.0的分析存盘备用。打开对应文件夹，其中“dp0\geom\DM\WORKBENCH\ geom.agdb”为模型文件，它由对应版本的DesignModeler（以下简称DM）模块来打开，其中“dp0\global\MECH\sys-2.mechdb”为网格文件，它也必须由对应版本的Workbench才能打开。由于ANSYS提供了通用网格模型文件（*.cdb），它可以被任何版本的ANSYS程序所调用，因此首先必须生成*.cdb文件。而*.cdb文件只能为ANSYS经典界面所创建。如图1-3-4所示，单击1区的Mechanical APDL，将其拖曳至B4处（与Static Structural中的Model建立关联）；再单击2区的Update Project，待模型升级完成后，用右键单击C2处Analysis，在出现的快捷菜单中单击3区的Edit in Mechanical APDL，即可进入经典的APDL模块。
图1-3-4 经典界面的设置
注意
图1-3-4中B4（Model）与C2（Analysis）建立关联，这表示前处理导入经典界面。图1-3-4中B5（Setup）与C2（Analysis）建立关联，这表示边界条件导入经典界面。图1-3-4中B6（Solution）与C2（Analysis）建立关联，这表示后处理导入经典界面。还可以将B4、B5、B6一起与C2（Analysis）建立关联，这表示将所有条件导入经典界面。
如图1-3-5所示，依次单击1区和2区的图标，即可得到充满屏幕的有限元模型轴测图，然后单击3区的Plot→Multi-Plots，即可显示全部模型图。
图1-3-5 经典界面下的模型显示
在经典界面下，导出*.cdb文件在前处理（Preprocessor）栏下。如图1-3-6所示，依次选择1区的Archive Model→Write命令，在出现的对话框中先选择2区的“Data to Archive”为“DB All finite element information”（导出的*.cdb文件只包含有限元模型），在3区中选择存盘路径和文件，最后单击4区的“OK”按钮。
图1-3-6 经典界面下导出cdb文件
退出经典界面。如图1-3-7所示，依次单击View-Files，可以看到该目录下的主要Workbench文件。其中“dp0\APDL\ANSYS\file.cdb”为上步存盘得到的通用网格模型文件。此外，在“dp0\ SYS-2\MECH”目录下，还有file.rst和file.err两个文件，这两个文件就是可供低版本Workbench打开使用的中间文件。只需要将这3个文件复制至Workbench低版本中即可。
图1-3-7 Workbench文件系统
注意
如果文件目录下没有file.err文件，则只需在“dp0\SYS-2\MECH”目录下用记事本创建一个新文本文件，内容为空白，再改文件名及扩展名为file.err即可。
（3）低版本调用中间文件
启动低版本Workbench（本例以Workbench 15.0为例），建立图1-3-8所示的静力学分析流程。注意：A2（External Model中的Setup）与B3（Static Structural中的Model）建立关联后，原Static Structural模块中的Geometry将自动删除。
图1-3-8 启动低版本Workbench分析
如图1-3-9所示，双击A2，在菜单B栏（Location）中单击省略号图标，然后单击Browse，选择之前存盘的file.cdb文件，注意单位的选择与前面一致。
图1-3-9 External Model中的设置
单击Update Project后，再双击B4（Static Structural中的Setup）即可进入Mechanical界面。由于前处理已经由*.cdb文件完成，因此还必须加载边界条件。右键单击Static Structural，依次单击Insert→Commands，Commands的内容为空，如图1-3-10所示。
图1-3-10 边界条件的设置
注意
在Command中插入一段空白，这是因为尽管前文保存的*.rst文件中有相关边界条件的加载信息，但Workbench程序框架中规定必须要有边界条件的设置，所以插入一段空白以满足Workbench程序框架。
如图1-3-11所示，先单击1区的Project→Solution（B5）（注意：必须有此步，否则无法执行后续操作），然后单击2区的Tool→Read Result File，选择之前存盘的file.rst文件，在出现的结果单位系统选择毫米、吨、牛顿单位制（3区），之后Workbench软件会完成导入计算过程。
图1-3-11 导入计算过程的设置
插入最大变形和等效应力结果，如图1-3-12所示，其云图与图1-3-3所示完全一致。
图1-3-12 Workbench 15.0的计算结果
（4）小结
低版本Workbench程序能打开高版本文件，这是因为保存ANSYS计算结果的*.rst文件由C++语言编译。只要在安装ANSYS时预装了相应程序，即可完成此类操作。
另外，很多时候操作者并没有单独保存*.cdb前处理文件，这样也造成不同版本传输文件的困难。但是可以将Workbench存盘目录下的*.dat文件进行略微修改，即可转变为cdb文件。例如，用记事本打开原16版本存盘目录下的dp0\SYS-2\MECH\ds.dat文件，内容如下：
/batch
/config,noeldb,1 ! force off writing results to database
*get,_wallstrt,active,,time,wall
! ANSYS input file written by Workbench version 16.1 RELEASE
! File used for geometry attach: D:\ansys\161version_files\dp0\Geom\DM\Geom.agdb
/title,162version--Static Structural (D5)
*DIM,_wb_ProjectScratch_dir,string,248
_wb_ProjectScratch_dir(1) = 'D:\ansys\_ProjectScratch\ScrC074\'
*DIM,_wb_SolverFiles_dir,string,248
_wb_SolverFiles_dir(1) = 'D:\ansys\161version_files\dp0\SYS-2\MECH\'
*DIM,_wb_userfiles_dir,string,248
_wb_userfiles_dir(1) = 'D:\ansys\161version_files\user_files\'
/com,--- Data in consistent NMM units. See Solving Units in the help system for more information.
/units,MPA
/nopr
/wb,file,start ! signify a WB generated input file
——————————————————————————————————————————————
/prep7
! Turn off shape checking because checks already performed inside WB mesher.
! See help system for more information.
SHPP,OFF,,NOWARN
/nolist
etcon,set ! allow ANSYS to choose best KEYOP's for 180x elements
/com,*********** Nodes for the whole assembly ***********
nblock,3
(1i9,3e20.9e3)
1 3.095139177E+002 2.956840281E+002 1.508471399E+002
2 2.193766319E+002 1.460062297E+002 -6.010647979E+001
3 2.190091118E+002 1.496250198E+002 -7.945050383E+001
4 2.165151084E+002 2.298302489E+002 3.476196544E+001
5 2.408731543E+002 2.160534485E+002 -6.826426802E+001
6 2.173917268E+002 3.010499254E+002 -1.562414054E+001
7 2.175835470E+002 2.889082898E+002 2.270574098E+00
……
-1
——————————————————————————————————————————————
/wb,elem,start ! set before creation of elements
/com,*********** Elements for Body 1 "KFJ" ***********
et,1,187
eblock,19,solid,,2224
(19i9)
1 1 1 1 0 0 0 0 10 0 1 362 1392 3085 990 21854 28551 21858 21853 26125 26131
……
-1
——————————————————————————————————————————————
!Material Id = {7AF8B194-E2E6-42C7-9668-3BFDFF8C686D}
/wb,elem,end ! done creating elements
/com,*********** Send User Defined Coordinate System(s) ***********
csys,0
toffst,273.15, ! Temperature offset from absolute zero
/com,*********** Set Reference Temperature ***********
tref,22.
/wb,mat,start ! starting to send materials
/com,*********** Send Materials ***********
MP,DENS,1,7.85e-09, ! tonne mm^-3
MP,ALPX,1,1.2e-05, ! C^-1
MP,C,1,434000000, ! mm^2 s^-2 C^-1
MP,KXX,1,60.5, ! tonne mm s^-3 C^-1
MP,RSVX,1,0.00017, ! ohm mm
MP,EX,1,200000, ! tonne s^-2 mm^-1
MP,NUXY,1,0.3,
MP,MURX,1,10000,
/wb,mat,end ! done sending materials
!************************* Model Summary ********************
!KFJ, Structural Steel, matid, 1
——————————————————————————————————————————————
!************************* End Model Summary ********************
! get the diagonal of the bounding box. Needed later for other things
*get,_xmin,node,,mnloc,x
*get,_ymin,node,,mnloc,y
*get,_zmin,node,,mnloc,z
*get,_xmax,node,,mxloc,x
*get,_ymax,node,,mxloc,y
*get,_zmax,node,,mxloc,z
_ASMDIAG=(_xmax-_xmin)*(_xmax-_xmin)+(_ymax-_ymin)*(_ymax-_ymin)+ (_zmax-_zmin)*(_zmax-_zmin)
_ASMDIAG=SQRT(_ASMDIAG)
/wb,contact,start ! starting to send contact
/wb,contact,end ! done creating contacts
/golist
/wb,load,start ! starting to send loads
/com,********* Frictionless Supports X *********
CMBLOCK,_FRICSUX,NODE, 1462
(8i10)
14106 14107 14108 14109 14110 14111 14112 14113
14114 14115 14116 14117 14118 14119 14120 14121
……
cmsel,s,_FRICSUX
d,all,ux,0
nsel,all
/com,********* Frictionless Supports Z *********
CMBLOCK,_FRICSUZ,NODE, 1719
(8i10)
14006 14007 14008 14009 14010 14011 14012 14013
……
cmsel,s,_FRICSUZ
d,all,uz,0
nsel,all
nsel,all
/com,*********** Node Rotations ***********
nmod,14006,,,,-0.623264197884388,-3.18566421186846,-11.0758826437836
……
/com,*********** Create Remote Point "Internal Remote Point" ***********
! -------- Remote Point Used by "Remote Force" --------
*set,tid,4
*set,cid,3
et,cid,174
et,tid,170
keyo,tid,2,1 ! Don't fix the pilot node
keyo,tid,4,111111
keyo,cid,12,5 ! Bonded Contact
keyo,cid,4,1 ! Deformable RBE3 style load
keyo,cid,2,2 ! MPC style contact
eblock,10,,,854
(15i9)
21660 3 3 3 0 18580 19311 19322 19322 78705 80103 19322 78706
……
-1
*set,_npilot,80106
_npilot50=_npilot
type,tid
mat ,cid
real,cid
tshape,pilo
en,22514,_npilot
tshape
/com,*********** Construct Remote Force Using RBE3/CERIG Contact ***********
*DIM,_loadvari49x,TABLE,2,1,1,TIME,
! Time values
_loadvari49x(1,0,1) = 0.
_loadvari49x(2,0,1) = 1.
! Load values
_loadvari49x(1,1,1) = 0.
_loadvari49x(2,1,1) = -79.9319427460432
*DIM,_loadvari49y,TABLE,2,1,1,TIME,
! Time values
_loadvari49y(1,0,1) = 0.
_loadvari49y(2,0,1) = 1.
! Load values
_loadvari49y(1,1,1) = -0.
_loadvari49y(2,1,1) = 4676.61678791046
*DIM,_loadvari49z,TABLE,2,1,1,TIME,
! Time values
_loadvari49z(1,0,1) = 0.
_loadvari49z(2,0,1) = 1.
! Load values
_loadvari49z(1,1,1) = 0.
_loadvari49z(2,1,1) = -1767.16342568398
——————————————————————————————————————————————
et,5,14 ! spring element type
/com,*********** Construct Weak Springs, Prototype 1 ***********
*set,_delta,27.819792641872
type,5
mat,6
real,6
r,6,1.78934555637407e-003
nsel,all
*get,_nspr,ndmx
_nspr=_nspr+1
esel,s,mat,,1
nsle,s,active
*get,_minx,node,0,mnloc,x
*get,_miny,node,0,mnloc,y
*get,_minz,node,0,mnloc,z
*get,_maxx,node,0,mxloc,x
*get,_maxy,node,0,mxloc,y
*get,_maxz,node,0,mxloc,z
*dim,_ntets,arra,8
_ntets(1) = NODE(_minx,_miny,_minz)
_ntets(2) = NODE(_minx,_miny,_maxz)
_ntets(3) = NODE(_minx,_maxy,_minz)
_ntets(4) = NODE(_minx,_maxy,_maxz)
_ntets(5) = NODE(_maxx,_miny,_minz)
_ntets(6) = NODE(_maxx,_miny,_maxz)
_ntets(7) = NODE(_maxx,_maxy,_minz)
_ntets(8) = NODE(_maxx,_maxy,_maxz)
*do,_i,1,8
n,_nspr,nx(_ntets(_i))+_delta,ny(_ntets(_i)),nz(_ntets(_i))
e,_ntets(_i),_nspr
d,_nspr,all
_nspr=_nspr+1
n,_nspr,nx(_ntets(_i)),ny(_ntets(_i))+_delta,nz(_ntets(_i))
e,_ntets(_i),_nspr
d,_nspr,all
_nspr=_nspr+1
n,_nspr,nx(_ntets(_i)),ny(_ntets(_i)),nz(_ntets(_i))+_delta
e,_ntets(_i),_nspr
d,_nspr,all
_nspr=_nspr+1
*enddo
*set,_ntets
nsel,all
esel,all
/gst,on,on
fini
*get,_numnode,node,0,count
*get,_numelem,elem,0,count
*get, _MAXELEMNUM, elem, 0, NUM, MAX
*get, _MAXNODENUM, node, 0, NUM, MAX
*get, _MAXELEMTYPE, etyp, 0, NUM, MAX
*get, _MAXREALCONST, real, 0, NUM, MAX
/go
/wb,load,end ! done creating loads
/com,--- Number of total nodes = %_numnode%
/com,--- Number of contact elements = 854
/com,--- Number of spring elements = 24
/com,--- Number of bearing elements = 0
/com,--- Number of solid elements = 21658
/com,--- Number of total elements = %_numelem%
*get,_wallbsol,active,,time,wall
/com,***************************************************************************
/com,************************* SOLUTION ********************************
/com,***************************************************************************
/solu
antype,0 ! static analysis
eqsl,pcg,1e-8,,,,,,1
cntr,print,1 ! print out contact info and also make no initial contact an error
nldiag,cont,iter ! print out contact info each equilib-rium iteration
resc,,none ! Do not keep any restart files
/com,****************************************************
/com,******************* SOLVE FOR LS 1 ****************
nsel,s,node,,80106
f,all,fx,%_loadvari49x%
f,all,fy,%_loadvari49y%
f,all,fz,%_loadvari49z%
nsel,all
/nopr
/gopr
nsub,1,1,1
time,1.
outres,erase
outres,all,none
outres,nsol,all
outres,rsol,all
outres,strs,all
outres,epel,all
outres,eppl,all
stabilize,off ! Stabilization turned OFF by user
! *********** WB SOLVE COMMAND ***********
! check interactive state
*get,ANSINTER_,active,,int
*if,ANSINTER_,ne,0,then
/eof
*endif
solve
/com *************** Write FE CONNECTORS *********
CEWRITE,file,ce,,INTE
/com,****************************************************
/com,*************** FINISHED SOLVE FOR LS 1 *************
*set,_DS_PROGRESS ! turn off progress updates to avoid virus scanning bug
*get,_wallasol,active,,time,wall
/nopr
*get,_numnode,node,0,count
*get,_numelem,elem,0,count
*get, _MAXELEMNUM, elem, 0, NUM, MAX
*get, _MAXNODENUM, node, 0, NUM, MAX,,,INTERNAL
*get, _MAXELEMTYPE, etyp, 0, NUM, MAX
*get, _MAXREALCONST, real, 0, NUM, MAX
/gopr
*get,_PCGITER,active,,solu,cgiter
/post1
xmlo,ENCODING,ISO-8859-1
xmlo,parm
/xml,parm,xml
fini
/gopr
*get,_walldone,active,,time,wall
_preptime=(_wallbsol-_wallstrt)*3600
_solvtime=(_wallasol-_wallbsol)*3600
_posttime=(_walldone-_wallasol)*3600
_totaltim=(_walldone-_wallstrt)*3600
/wb,file,end ! done with WB generated input
在上述程序中，人为用“——”符将其分为6段。其中第1段表示软件的版本和存盘路径；第2段表示前处理中节点的位置；第3段表示前处理中单元类型和单元定义；第4段表示材料的参数定义；第5段表示边界条件的定义，第6段表示求解设置。
在了解了*.dat文件的基本框架后，将其修改为*.cdb文件的流程如下。
1）删除第1段的全部内容。
2）删除第2段中的以下内容。
etcon,set ! allow ANSYS to choose best KEYOP's for 180x elements
这是因为*.cdb文件采用Mesh200单元形式，所以编辑下面内容：
et,1, 200 keyopt, 1, 1, 9 et, 2,200 keyopt, 2, 1, 11
在第2段最后增加下面内容：
N, R5.3,Loc, -1,
3）保留第3段的全部内容。
4）根据情况选择第4段材料本构的对应参数。
5）删除第5段和第6段的全部内容。
修改后将其扩展名改为cdb，它即可为任意版本ANSYS调用。
注意
Mesh200是一种“分网”单元，对求解没有任何作用。Mesh200单元可以和任何其他ANSYS单元相连。不需要该单元时，可以将其删除或保留于模型中，而不影响计算结果。其中KEYOPT（1）的参数选项为：0（2节点2D线）、1（3节点2D线）、2（2节点3D线）、3（3节点3D线）、4（3节点3D三角形）、5（6节点3D三角形）、6（4节点3D四边形）、7（8节点3D四边形）、8（4节点三棱锥）、9（10节点三棱锥）、10（8节点六面体）、11（20节点六面体）。本例采用了“KEYOPT, 1, 1, 9”和“KEYOPT, 2, 1, 11”，即表示使用了10节点三棱锥和20节点六面体高阶网格单元，如图1-3-13所示。
图1-3-13 Mesh200的参数选项
“N, R5.3,Loc, -1,”在*.cdb文件中常置于“NBLOCK”命令的最后，用于指定节点的位置。其中R5.3表示ANSYS 5.3以后版本均可以采用，Loc表示节点位置依据于坐标系，−1表示绝对坐标系。