Design for Manufacturing软件：Ansys二次开发_（12）.Ansys脚本与批处理

企业开发 2025-04-11 20:40
0 阅读

Ansys脚本与批处理

在上一节中，我们介绍了如何在Ansys中进行基本的模型创建和网格划分。本节我们将深入探讨Ansys的脚本与批处理功能，这些功能可以帮助用户自动化和高效地完成复杂的仿真任务。脚本与批处理不仅能够提高工作效率，还可以减少人为错误，确保仿真过程的一致性和可重复性。

在这里插入图片描述

1. Ansys脚本基础

1.1 脚本编写环境

Ansys支持多种脚本编写环境，包括APDL（Ansys Parametric Design Language）和Python。APDL是一种专门用于Ansys的脚本语言，而Python则通过Ansys的PyAnsys库进行交互。选择合适的脚本环境取决于用户的具体需求和熟悉程度。

1.1.1 APDL环境

APDL是Ansys的原生脚本语言，具有丰富的命令和函数库，适用于复杂的仿真任务。APDL脚本可以直接在Ansys Mechanical或Ansys Workbench中编写和运行。

1.1.2 Python环境

Python是一种高级编程语言，具有强大的数据处理和脚本编写能力。通过PyAnsys库，用户可以使用Python脚本与Ansys进行交互，实现自动化仿真和数据分析。

1.2 脚本的基本结构

无论是APDL还是Python，脚本的基本结构都包括以下几个部分：

  1. 导入库和初始化：引入必要的库和模块，初始化Ansys环境。

  2. 定义变量和参数：设置仿真所需的变量和参数。

  3. 创建模型：定义模型的几何、材料属性和边界条件。

  4. 网格划分：对模型进行网格划分。

  5. 求解设置：配置求解器的设置，包括载荷、约束和求解类型。

  6. 求解和后处理：运行求解器并进行结果后处理。

1.2.1 APDL脚本示例

以下是一个简单的APDL脚本示例，用于创建一个矩形模型并进行静力学分析：


/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型

BLOCK, 0, 10, 0, 10, 0, 0 ! 创建一个10x10x0的矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



/DISP, ON ! 显示位移

/OUT, example.out, TEXT ! 输出结果到文件

SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束
1.2.2 Python脚本示例

以下是一个使用PyAnsys创建矩形模型并进行静力学分析的Python脚本示例：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 初始化Ansys环境

mapdl = mapdl.launch_mapdl()



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建一个10x10x0的矩形

mapdl.block(0, 10, 0, 10, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 显示位移

mapdl.dplot()



# 输出结果到文件

mapdl.outfile('example.out')



# 求解

mapdl.solve()



# 结束

mapdl.finish()

2. 脚本中的变量和参数

在Ansys脚本中，变量和参数的定义和使用是非常重要的。通过参数化脚本，用户可以轻松地修改模型参数，实现不同条件下的仿真分析。

2.1 APDL中的变量和参数

在APDL中，变量和参数通过*SET命令定义。以下是一个示例，展示如何在APDL脚本中定义和使用变量：


*DIM, DIM1, ARRAY, 5 ! 定义一个5个元素的数组

*SET, DIM1(1), 10 ! 设置数组的第一个元素为10

*SET, DIM1(2), 20 ! 设置数组的第二个元素为20

*SET, DIM1(3), 30 ! 设置数组的第三个元素为30

*SET, DIM1(4), 40 ! 设置数组的第四个元素为40

*SET, DIM1(5), 50 ! 设置数组的第五个元素为50



BLOCK, 0, DIM1(1), 0, DIM1(2), 0, 0 ! 使用数组元素创建矩形

2.2 Python中的变量和参数

在Python中，变量和参数可以通过标准的Python语法定义。以下是一个示例，展示如何在Python脚本中定义和使用变量：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 初始化Ansys环境

mapdl = mapdl.launch_mapdl()



# 定义变量

length = 10

width = 20



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建一个矩形

mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 求解

mapdl.solve()



# 结束

mapdl.finish()

3. 脚本中的条件和循环

条件和循环是脚本编写中常用的控制结构，用于处理复杂的仿真逻辑和重复任务。

3.1 APDL中的条件和循环

在APDL中，条件和循环通过*IF和*DO命令实现。以下是一个示例，展示如何在APDL脚本中使用条件和循环：


*SET, A, 10 ! 定义变量A

*SET, B, 20 ! 定义变量B



*IF, A, GT, B, THEN

    *SET, C, A - B ! 如果A大于B，则C=A-B

*ELSE

    *SET, C, B - A ! 如果A不大于B，则C=B-A

*ENDIF



*DO, I, 1, 5, 1 ! 循环5次

    *SET, DIM1(I), C ! 设置数组元素

    BLOCK, 0, DIM1(I), 0, DIM1(I), 0, 0 ! 创建矩形

*ENDDO

3.2 Python中的条件和循环

在Python中，条件和循环通过标准的Python语法实现。以下是一个示例，展示如何在Python脚本中使用条件和循环：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 初始化Ansys环境

mapdl = mapdl.launch_mapdl()



# 定义变量

A = 10

B = 20



# 使用条件语句

if A > B:

    C = A - B

else:

    C = B - A



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 使用循环创建多个矩形

for i in range(1, 6):

    mapdl.block(0, C * i, 0, C * i, 0, 0)

    mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 求解

mapdl.solve()



# 结束

mapdl.finish()

4. 脚本中的函数和子程序

函数和子程序可以提高脚本的可读性和可维护性，同时也便于代码复用。

4.1 APDL中的函数和子程序

在APDL中，函数和子程序通过*CFUN和*SUB命令实现。以下是一个示例，展示如何在APDL脚本中定义和调用子程序：


*SUB, CREATE_BLOCK, 1 ! 定义子程序CREATE_BLOCK

    *SET, L, 10 ! 设置长度

    *SET, W, 20 ! 设置宽度

    BLOCK, 0, L, 0, W, 0, 0 ! 创建矩形

*ENDSUB



/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型

ESIZE, 1 ! 设置网格大小



CREATE_BLOCK ! 调用子程序

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束

4.2 Python中的函数和子程序

在Python中，函数和子程序通过标准的Python语法定义。以下是一个示例，展示如何在Python脚本中定义和调用函数：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 初始化Ansys环境

mapdl = mapdl.launch_mapdl()



# 定义函数

def create_block(length, width):

    mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 调用函数

create_block(10, 20)

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 求解

mapdl.solve()



# 结束

mapdl.finish()

5. 批处理模式

批处理模式允许用户在后台运行Ansys脚本，无需用户交互。这对于大规模仿真任务和自动化流程非常有用。

5.1 启动批处理模式

在APDL中，可以通过命令行启动批处理模式。以下是一个示例，展示如何在命令行中启动批处理模式：


ansys192 -b -dir /path/to/working/directory -f input_file.inp -o output_file.out

在Python中，可以通过launch_mapdl函数的参数启动批处理模式。以下是一个示例，展示如何在Python脚本中启动批处理模式：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 启动批处理模式

mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch')



# 读取输入文件

mapdl.input('/path/to/working/directory/input_file.inp')



# 运行求解

mapdl.solve()



# 保存输出文件

mapdl.outfile('/path/to/working/directory/output_file.out')



# 结束

mapdl.finish()

5.2 批处理脚本示例

以下是一个完整的批处理脚本示例，展示如何在APDL和Python中实现批处理模式：

5.2.1 APDL批处理脚本

/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型

BLOCK, 0, 10, 0, 10, 0, 0 ! 创建一个10x10x0的矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



/DISP, ON ! 显示位移

/OUT, example.out, TEXT ! 输出结果到文件

SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束
5.2.2 Python批处理脚本

# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 启动批处理模式

mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch')



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建一个10x10x0的矩形

mapdl.block(0, 10, 0, 10, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 显示位移

mapdl.dplot()



# 输出结果到文件

mapdl.outfile('example.out')



# 求解

mapdl.solve()



# 结束

mapdl.finish()

6. 脚本的调试和错误处理

调试和错误处理是脚本编写中不可或缺的部分，通过这些功能可以确保脚本的正确性和稳定性。

6.1 APDL中的调试和错误处理

在APDL中，可以通过*CHECK和*IF命令进行调试和错误处理。以下是一个示例，展示如何在APDL脚本中进行调试和错误处理：


/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型



*SET, LENGTH, 10 ! 设置长度

*SET, WIDTH, 20 ! 设置宽度



*IF, LENGTH, LT, 0, THEN

    *PRINT, '长度必须大于0'

    *EXIT

*ENDIF



*IF, WIDTH, LT, 0, THEN

    *PRINT, '宽度必须大于0'

    *EXIT

*ENDIF



BLOCK, 0, LENGTH, 0, WIDTH, 0, 0 ! 创建矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



/DISP, ON ! 显示位移

/OUT, example.out, TEXT ! 输出结果到文件

SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束

6.2 Python中的调试和错误处理

在Python中，可以通过标准的Python调试和错误处理方法进行调试。以下是一个示例，展示如何在Python脚本中进行调试和错误处理：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import logging



# 配置日志

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, filename='debug.log', filemode='w', format='%(name)s - %(levelname)s - %(message)s')



# 初始化Ansys环境

try:

    mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch')

except Exception as e:

    logging.error(f'无法启动Ansys: {
      
      e}')

    exit(1)



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义变量

length = 10

width = 20



# 检查变量

if length < 0:

    logging.error('长度必须大于0')

    exit(1)



if width < 0:

    logging.error('宽度必须大于0')

    exit(1)



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建矩形

mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 显示位移

mapdl.dplot()



# 输出结果到文件

mapdl.outfile('example.out')



# 求解

try:

    mapdl.solve()

except Exception as e:

    logging.error(f'求解失败: {
      
      e}')

    exit(1)



# 结束

mapdl.finish()

7. 脚本的高级功能

Ansys脚本支持许多高级功能，如并行计算、多核支持、数据导入导出等。这些功能可以显著提高仿真效率和数据处理能力。

7.1 并行计算

并行计算可以利用多核处理器提高仿真速度。在APDL中，可以通过*CPU命令指定使用的CPU核心数。在Python中，可以通过launch_mapdl函数的参数指定并行计算的设置。

7.1.1 APDL并行计算示例

以下是一个使用APDL进行并行计算的示例脚本：


*CPU, 4 ! 使用4个CPU核心

/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型



*SET, LENGTH, 10 ! 设置长度

*SET, WIDTH, 20 ! 设置宽度



BLOCK, 0, LENGTH, 0, WIDTH, 0, 0 ! 创建一个10x10x0的矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



/DISP, ON ! 显示位移

/OUT, example.out, TEXT ! 输出结果到文件

SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束
7.1.2 Python并行计算示例

以下是一个使用PyAnsys进行并行计算的Python脚本示例：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import logging



# 配置日志

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, filename='debug.log', filemode='w', format='%(name)s - %(levelname)s - %(message)s')



# 初始化Ansys环境，指定使用4个CPU核心

try:

    mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch', nproc=4)

except Exception as e:

    logging.error(f'无法启动Ansys: {
      
      e}')

    exit(1)



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义变量

length = 10

width = 20



# 检查变量

if length < 0:

    logging.error('长度必须大于0')

    exit(1)



if width < 0:

    logging.error('宽度必须大于0')

    exit(1)



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建矩形

mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 显示位移

mapdl.dplot()



# 输出结果到文件

mapdl.outfile('example.out')



# 求解

try:

    mapdl.solve()

except Exception as e:

    logging.error(f'求解失败: {
      
      e}')

    exit(1)



# 结束

mapdl.finish()

7.2 数据导入导出

数据导入导出功能允许用户在Ansys仿真过程中读取外部数据文件或导出仿真结果。这对于与其他软件工具的集成和后处理非常有用。

7.2.1 APDL数据导入导出示例

以下是一个使用APDL进行数据导入和导出的示例脚本：


/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型



*SET, LENGTH, 10 ! 设置长度

*SET, WIDTH, 20 ! 设置宽度



BLOCK, 0, LENGTH, 0, WIDTH, 0, 0 ! 创建一个10x10x0的矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



/FILNAME, input_data ! 指定输入数据文件名

*USE, input_data.dat ! 读取外部数据文件



/FILNAME, output_data ! 指定输出数据文件名

/OUT, output_data.rst, TEXT ! 输出结果到文件



SOLVE ! 求解

FINISH ! 结束
7.2.2 Python数据导入导出示例

以下是一个使用PyAnsys进行数据导入和导出的Python脚本示例：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import logging



# 配置日志

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, filename='debug.log', filemode='w', format='%(name)s - %(levelname)s - %(message)s')



# 初始化Ansys环境

try:

    mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch')

except Exception as e:

    logging.error(f'无法启动Ansys: {
      
      e}')

    exit(1)



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义变量

length = 10

width = 20



# 检查变量

if length < 0:

    logging.error('长度必须大于0')

    exit(1)



if width < 0:

    logging.error('宽度必须大于0')

    exit(1)



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建矩形

mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 读取外部数据文件

mapdl.input('/path/to/working/directory/input_data.dat')



# 输出结果到文件

mapdl.outfile('/path/to/working/directory/output_data.rst')



# 求解

try:

    mapdl.solve()

except Exception as e:

    logging.error(f'求解失败: {
      
      e}')

    exit(1)



# 结束

mapdl.finish()

7.3 多步仿真

多步仿真允许用户在一次脚本运行中执行多个仿真步骤。这对于复杂的工程问题非常有用，可以在不同的条件下进行多次仿真分析。

7.3.1 APDL多步仿真示例

以下是一个使用APDL进行多步仿真的示例脚本：


/PREP7 ! 进入前处理阶段

ET, 1, PLANE183 ! 定义单元类型



*SET, LENGTH, 10 ! 设置长度

*SET, WIDTH, 20 ! 设置宽度



BLOCK, 0, LENGTH, 0, WIDTH, 0, 0 ! 创建一个10x10x0的矩形

ESIZE, 1 ! 设置网格大小

VMESH, ALL ! 对所有实体进行网格划分



*SET, E, 200E9 ! 设置材料的弹性模量

*SET, NUXY, 0.3 ! 设置材料的泊松比

MAT, 1, 1, E, NUXY ! 定义材料属性



*DO, STEP, 1, 3, 1 ! 循环3次，进行3步仿真

    *SET, LOAD, STEP ! 设置载荷为当前步数

    *SET, DISP, 0 ! 重置位移

    *SET, DISP, LOAD, 1, 0, 0 ! 应用载荷

    /OUT, example_step_!STEP!, TEXT ! 输出结果到文件

    SOLVE ! 求解

*ENDDO



FINISH ! 结束
7.3.2 Python多步仿真示例

以下是一个使用PyAnsys进行多步仿真的Python脚本示例：


# 导入库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import logging



# 配置日志

logging.basicConfig(level=logging.DEBUG, filename='debug.log', filemode='w', format='%(name)s - %(levelname)s - %(message)s')



# 初始化Ansys环境

try:

    mapdl = mapdl.launch_mapdl(run_location='/path/to/working/directory', mode='batch')

except Exception as e:

    logging.error(f'无法启动Ansys: {
      
      e}')

    exit(1)



# 进入前处理阶段

mapdl.prep7()



# 定义变量

length = 10

width = 20



# 检查变量

if length < 0:

    logging.error('长度必须大于0')

    exit(1)



if width < 0:

    logging.error('宽度必须大于0')

    exit(1)



# 定义单元类型

mapdl.et(1, 'PLANE183')



# 创建矩形

mapdl.block(0, length, 0, width, 0, 0)



# 设置网格大小

mapdl.esize(1)



# 对所有实体进行网格划分

mapdl.vmesh('ALL')



# 设置材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 200E9)  # 弹性模量

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 多步仿真

for step in range(1, 4):

    load = step  # 设置载荷为当前步数

    mapdl.d('all', 'all', 0)  # 重置位移

    mapdl.f('1', 'fx', load)  # 应用载荷

    mapdl.outfile(f'example_step_{
      
      step}.out')  # 输出结果到文件

    mapdl.solve()  # 求解



# 结束

mapdl.finish()

8. 脚本的最佳实践

编写高效和稳定的Ansys脚本需要遵循一些最佳实践。以下是一些常见的建议：

8.1 代码复用

通过定义函数和子程序，可以减少重复代码，提高脚本的可维护性。例如，可以将创建模型和设置材料属性的代码封装成函数，以便在多个仿真任务中复用。

8.2 代码注释

良好的代码注释可以提高脚本的可读性，使其他用户更容易理解和维护。建议在每个主要步骤和复杂操作处添加注释。

8.3 错误处理

在脚本中添加错误处理机制，可以捕获和处理运行过程中可能出现的异常。这有助于确保脚本的稳定性和可靠性。

8.4 性能优化

对于大规模仿真任务，可以考虑使用并行计算和优化网格划分策略，以提高求解速度和减少计算资源的消耗。

8.5 脚本测试

在实际应用之前，对脚本进行充分的测试是非常重要的。可以通过编写测试用例和使用单元测试框架来验证脚本的正确性和性能。

9. 总结

本节详细介绍了Ansys的脚本与批处理功能，包括APDL和Python两种脚本环境的基本结构、变量和参数的定义与使用、条件和循环的实现、函数和子程序的定义、批处理模式的启动、数据导入导出、多步仿真以及编写脚本的最佳实践。通过这些功能，用户可以更高效地进行复杂的仿真任务，减少人为错误，确保仿真过程的一致性和可重复性。

希望这些内容对您在Ansys仿真中的脚本编写和批处理操作有所帮助。如果您有任何问题或需要进一步的帮助，请参考Ansys官方文档或联系技术支持。

猜你喜欢

目录

热门文章