1、1钢框架结构分析软件前处理的二次开发研究摘 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
2、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; pre
3、treatment 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2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
4、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，
5、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3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_C
6、lick ( ) Dim X X=Shell(“X:v70ansysbinintelansys70.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 AN
7、SYS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 4钢框架结构钢材采用 Q235，密度为 7850，弹性模量 E206GPa，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处理建立有限元模型的步骤：（1）设置分析环境和工作
8、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
9、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。 53.3 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
10、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。
11、 4 结语 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6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。 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。 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
