Design for Manufacturing软件：Ansys二次开发_（11）.Ansys二次开发案例分析与实践

企业开发 2025-04-11 20:41
0 阅读

Ansys二次开发案例分析与实践

1. Ansys二次开发简介

在本节中，我们将介绍Ansys二次开发的基本概念和应用场景。Ansys是一款广泛应用于工程仿真和分析的软件，通过二次开发，用户可以扩展其功能，实现自动化和定制化的需求。二次开发主要通过编写脚本和程序来实现，常见的开发语言包括Python、APDL（Ansys Parametric Design Language）等。

在这里插入图片描述

2. Ansys二次开发环境设置

2.1 安装Python和相关库

在进行Ansys二次开发之前，首先需要确保开发环境的正确设置。Python是Ansys二次开发中最常用的语言之一，因为它具有强大的库支持和易用性。以下是安装Python和相关库的步骤：

  1. 安装Python：

    • 访问Python官方网站 (https://www.python.org/)，下载并安装最新版本的Python。

    • 确保在安装过程中勾选“Add Python to PATH”选项，以便在命令行中直接使用Python。

  2. 安装Ansys Python接口：

    • Ansys提供了Python接口（如ansys.mapdl.core），可以方便地与Ansys进行交互。

    • 使用pip安装ansys.mapdl.core库：

      
pip install ansys-mapdl-core

  3. 配置开发环境：

    • 使用集成开发环境（IDE），如PyCharm或Visual Studio Code，创建一个新的Python项目。

    • 在项目中配置Python解释器，并安装必要的库，如numpy、pandas、matplotlib等。

2.2 连接Ansys

连接Ansys是二次开发的第一步，通过Python脚本可以实现与Ansys的远程连接或本地连接。以下是一个连接Ansys的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 本地启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 远程连接Ansys

# mapdl = launch_mapdl(ip='192.168.1.100', port=50052)



# 检查连接状态

print(mapdl.status)

3. 基本脚本编写

3.1 创建模型

在Ansys中创建模型是仿真分析的基础。通过Python脚本，可以自动化模型的创建过程。以下是一个创建简单梁模型的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建节点

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)



# 创建梁单元

mapdl.et(1, 188)  # 选择梁单元类型

mapdl.r(1, 1, 1, 1)  # 定义梁截面属性

mapdl.e(1, 2)  # 创建梁单元



# 检查模型

mapdl.nlist()

mapdl.elist()
3.2 定义材料属性

材料属性的定义是模型仿真的关键步骤。通过Python脚本，可以方便地设置和管理材料属性。以下是一个定义材料属性的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 定义材料属性

mapdl.mp('EX', 1, 210e3)  # 弹性模量

mapdl.mp('DENS', 1, 7.85e-9)  # 密度

mapdl.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 检查材料属性

mapdl.mpout('EX', 'DENS', 'NUXY', 'MAT', 1)

4. 自动化仿真分析

4.1 网格划分

网格划分是仿真分析的重要步骤，通过Python脚本可以实现自动化网格划分。以下是一个自动划分网格的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建模型

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)

mapdl.et(1, 188)

mapdl.r(1, 1, 1, 1)

mapdl.e(1, 2)



# 设置网格划分参数

mapdl.lesize('ALL', 0.1)  # 设置单元尺寸



# 生成网格

mapdl.mshkey(1)  # 设置网格生成方式

mapdl.mshglu(1)  # 生成网格



# 检查网格

mapdl.mesh()
4.2 施加边界条件

边界条件的施加是仿真分析的另一个关键步骤。通过Python脚本，可以自动化施加边界条件。以下是一个施加边界条件的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建模型

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)

mapdl.et(1, 188)

mapdl.r(1, 1, 1, 1)

mapdl.e(1, 2)



# 进入求解模块

mapdl.slashsolu()



# 施加边界条件

mapdl.d(1, 'UX', 0)  # 固定节点1的X方向位移

mapdl.d(1, 'UY', 0)  # 固定节点1的Y方向位移



# 检查边界条件

mapdl.dlist()
4.3 施加载荷

载荷的施加是仿真分析的第三个关键步骤。通过Python脚本，可以自动化施加各种载荷。以下是一个施加载荷的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建模型

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)

mapdl.et(1, 188)

mapdl.r(1, 1, 1, 1)

mapdl.e(1, 2)



# 进入求解模块

mapdl.slashsolu()



# 施加边界条件

mapdl.d(1, 'UX', 0)

mapdl.d(1, 'UY', 0)



# 施加载荷

mapdl.f(2, 'FY', -1000)  # 在节点2的Y方向施加-1000N的力



# 检查载荷

mapdl.flist()

5. 数据处理与分析

5.1 提取仿真结果

仿真分析完成后，提取和处理结果数据是至关重要的。通过Python脚本，可以方便地提取Ansys仿真结果并进行进一步分析。以下是一个提取仿真结果的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建模型

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)

mapdl.et(1, 188)

mapdl.r(1, 1, 1, 1)

mapdl.e(1, 2)



# 进入求解模块

mapdl.slashsolu()



# 施加边界条件

mapdl.d(1, 'UX', 0)

mapdl.d(1, 'UY', 0)



# 施加载荷

mapdl.f(2, 'FY', -1000)



# 求解

mapdl.solve()



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

print(displacement)
5.2 结果可视化

结果可视化可以帮助用户更好地理解仿真数据。通过Python的可视化库，如matplotlib，可以将Ansys仿真结果以图表形式展示。以下是一个结果可视化的示例代码：


# 导入Ansys Python接口和可视化库

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl

import matplotlib.pyplot as plt



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl.prep7()



# 创建模型

mapdl.n(1, 0, 0, 0)

mapdl.n(2, 1, 0, 0)

mapdl.et(1, 188)

mapdl.r(1, 1, 1, 1)

mapdl.e(1, 2)



# 进入求解模块

mapdl.slashsolu()



# 施加边界条件

mapdl.d(1, 'UX', 0)

mapdl.d(1, 'UY', 0)



# 施加载荷

mapdl.f(2, 'FY', -1000)



# 求解

mapdl.solve()



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')



# 可视化位移结果

plt.plot(displacement)

plt.xlabel('节点编号')

plt.ylabel('位移 (m)')

plt.title('节点位移结果')

plt.show()

6. 定制化功能开发

6.1 定制化前处理工具

前处理工具的定制化可以帮助用户更高效地创建和管理模型。通过编写Python脚本，可以实现自动化模型创建和参数化管理。以下是一个定制化前处理工具的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 定义函数创建梁模型

def create_beam_model(length, height, width, youngs_modulus, density, poisson_ratio):

    mapdl.prep7()

    mapdl.n(1, 0, 0, 0)

    mapdl.n(2, length, 0, 0)

    mapdl.et(1, 188)

    mapdl.r(1, height, width, 1)

    mapdl.mp('EX', 1, youngs_modulus)

    mapdl.mp('DENS', 1, density)

    mapdl.mp('NUXY', 1, poisson_ratio)

    mapdl.e(1, 2)



# 调用函数创建模型

create_beam_model(1, 0.1, 0.1, 210e3, 7.85e-9, 0.3)



# 检查模型

mapdl.nlist()

mapdl.elist()
6.2 定制化求解工具

求解工具的定制化可以帮助用户更高效地设置和求解仿真分析。通过编写Python脚本，可以实现自动化求解过程和结果提取。以下是一个定制化求解工具的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 定义函数求解梁模型

def solve_beam_model(node1, node2, force):

    mapdl.slashsolu()

    mapdl.d(node1, 'UX', 0)

    mapdl.d(node1, 'UY', 0)

    mapdl.f(node2, 'FY', force)

    mapdl.solve()



# 调用函数求解模型

solve_beam_model(1, 2, -1000)



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

print(displacement)

7. 二次开发进阶技巧

7.1 使用APDL宏命令

APDL宏命令可以实现复杂的仿真操作和批处理任务。通过Python脚本调用APDL宏命令，可以进一步提高二次开发的灵活性和效率。以下是一个使用APDL宏命令的示例代码：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 定义APDL宏命令

apdl_macro = """

/prep7

n, 1, 0, 0, 0

n, 2, 1, 0, 0

et, 1, 188

r, 1, 0.1, 0.1, 1

mp, EX, 1, 210e3

mp, DENS, 1, 7.85e-9

mp, NUXY, 1, 0.3

e, 1, 2

/slashsolu

d, 1, UX, 0

d, 1, UY, 0

f, 2, FY, -1000

/solve

/post1

*get, disp1, node, 1, u, x

*get, disp2, node, 2, u, x

*get, disp3, node, 2, u, y

"""



# 执行APDL宏命令

mapdl.input(apdl_macro)



# 提取位移结果

disp1 = mapdl.get_value('NODE', 1, 'U', 'X')

disp2 = mapdl.get_value('NODE', 2, 'U', 'X')

disp3 = mapdl.get_value('NODE', 2, 'U', 'Y')



print(f"节点1 X方向位移: {
      
      disp1}")

print(f"节点2 X方向位移: {
      
      disp2}")

print(f"节点2 Y方向位移: {
      
      disp3}")
7.2 使用Ansys Workbench

Ansys Workbench是一个集成的仿真环境，通过Python脚本可以实现与Workbench的交互和自动化操作。以下是一个使用Ansys Workbench进行二次开发的示例代码：


# 导入Ansys Workbench接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl

from ansys.mapdl.core import examples

from ansys.mapdl.core import Mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 打开Workbench项目

project_path = 'path/to/your/workbench/project.wbpj'

mapdl.load_project(project_path)



# 定义函数求解模型

def solve_workbench_model():

    # 设置求解参数

    mapdl.set('SOLVER', 'ANSYS')

    mapdl.set('SOLVE', 'ON')

    

    # 求解模型

    mapdl.solve()



# 调用函数求解模型

solve_workbench_model()



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

print(displacement)

8. 实际案例分析

8.1 桥梁结构仿真

在本案例中，我们将通过Python脚本实现桥梁结构的仿真分析。包括创建模型、施加边界条件和载荷、求解和提取结果。以下是一个完整的Python脚本示例：


# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 定义函数创建桥梁模型

def create_bridge_model(length, height, width, youngs_modulus, density, poisson_ratio):

    mapdl.prep7()

    mapdl.n(1, 0, 0, 0)

    mapdl.n(2, length, 0, 0)

    mapdl.et(1, 188)

    mapdl.r(1, height, width, 1)

    mapdl.mp('EX', 1, youngs_modulus)

    mapdl.mp('DENS', 1, density)

    mapdl.mp('NUXY', 1, poisson_ratio)

    mapdl.e(1, 2)



# 定义函数求解桥梁模型

def solve_bridge_model(node1, node2, force):

    mapdl.slashsolu()

    mapdl.d(node1, 'UX', 0)

    mapdl.d(node1, 'UY', 0)

    mapdl.f(node2, 'FY', force)

    mapdl.solve()



# 创建桥梁模型

create_bridge_model(50, 1.5, 0.5, 210e3, 7.85e-9, 0.3)



# 求解桥梁模型

solve_bridge_model(1, 2, -10000)



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

print(displacement)



# 可视化位移结果

import matplotlib.pyplot as plt



plt.plot(displacement)

plt.xlabel('节点编号')

plt.ylabel('位移 (m)')

plt.title('桥梁节点位移结果')

plt.show()
8.2 风力发电机叶片仿真

在本案例中，我们将通过Python脚本实现风力发电机叶片的仿真分析。包括创建模型、施加边界条件和载荷、求解和提取结果。以下是一个完整的Python脚本示例：


#### 8. 实际案例分析



#### 8.2 风力发电机叶片仿真



在本案例中，我们将通过Python脚本实现风力发电机叶片的仿真分析。包括创建模型、施加边界条件和载荷、求解和提取结果。以下是一个完整的Python脚本示例：



```python

# 导入Ansys Python接口

from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



# 启动Ansys

mapdl = launch_mapdl()



# 定义函数创建风力发电机叶片模型

def create_blade_model(length, height, width, youngs_modulus, density, poisson_ratio):

    mapdl.prep7()

    mapdl.n(1, 0, 0, 0)

    mapdl.n(2, length, 0, 0)

    mapdl.et(1, 188)  # 选择梁单元类型

    mapdl.r(1, height, width, 1)  # 定义梁截面属性

    mapdl.mp('EX', 1, youngs_modulus)  # 弹性模量

    mapdl.mp('DENS', 1, density)  # 密度

    mapdl.mp('NUXY', 1, poisson_ratio)  # 泊松比

    mapdl.e(1, 2)  # 创建梁单元



# 定义函数求解风力发电机叶片模型

def solve_blade_model(node1, node2, force):

    mapdl.slashsolu()

    mapdl.d(node1, 'UX', 0)  # 固定节点1的X方向位移

    mapdl.d(node1, 'UY', 0)  # 固定节点1的Y方向位移

    mapdl.f(node2, 'FY', force)  # 在节点2的Y方向施加力

    mapdl.solve()



# 创建风力发电机叶片模型

create_blade_model(20, 0.5, 0.2, 210e3, 7.85e-9, 0.3)



# 求解风力发电机叶片模型

solve_blade_model(1, 2, -5000)



# 进入后处理模块

mapdl.post1()



# 提取位移结果

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

print(displacement)



# 可视化位移结果

import matplotlib.pyplot as plt



plt.plot(displacement)

plt.xlabel('节点编号')

plt.ylabel('位移 (m)')

plt.title('风力发电机叶片节点位移结果')

plt.show()

9. 二次开发常见问题与解决方案

9.1 连接问题

  1. 远程连接失败：

    • 问题：在尝试远程连接Ansys时，出现连接失败的错误。

    • 解决方案：

      • 确保Ansys服务器已启动并配置了正确的IP地址和端口号。

      • 检查防火墙设置，确保端口未被阻止。

      • 使用mapdl.connect(ip='192.168.1.100', port=50052)方法进行连接。

  2. 本地连接失败：

    • 问题：在尝试本地启动Ansys时，出现启动失败的错误。

    • 解决方案：

      • 确保Ansys安装正确且许可证可用。

      • 检查Python环境和依赖库是否安装正确。

      • 使用mapdl = launch_mapdl()方法进行本地启动。

9.2 模型创建问题

  1. 节点编号错误：

    • 问题：在创建节点时，出现节点编号错误。

    • 解决方案：

      • 确保节点编号从1开始，且没有重复或缺失的编号。

      • 使用mapdl.nlist()方法检查节点列表。

  2. 单元类型选择错误：

    • 问题：在选择单元类型时，出现单元类型不匹配的错误。

    • 解决方案：

      • 查阅Ansys官方文档，确保选择的单元类型符合模型需求。

      • 使用mapdl.et(1, 188)方法选择梁单元类型。

9.3 求解问题

  1. 求解失败：

    • 问题：在求解过程中，Ansys报告求解失败。

    • 解决方案：

      • 检查模型是否正确创建，包括节点、单元、材料属性等。

      • 确保边界条件和载荷设置正确。

      • 使用mapdl.solve()方法进行求解，并检查求解日志。

  2. 求解时间过长：

    • 问题：求解过程时间过长，影响效率。

    • 解决方案：

      • 优化网格划分，减少不必要的细密网格。

      • 调整求解参数，如使用迭代求解器或减少求解精度。

      • 使用高性能计算资源，如多核处理器或集群计算。

10. 二次开发最佳实践

10.1 代码结构与模块化

  1. 模块化设计：

    • 将不同的功能（如模型创建、求解、结果提取）拆分为独立的函数或模块。

    • 通过模块化设计，提高代码的可读性和可维护性。

    • 示例代码结构：

      
from ansys.mapdl.core import launch_mapdl



def create_model(mapdl, ...):

    # 模型创建代码

    pass



def apply_boundary_conditions(mapdl, ...):

    # 边界条件设置代码

    pass



def apply_loads(mapdl, ...):

    # 载荷设置代码

    pass



def solve_model(mapdl):

    # 求解代码

    pass



def extract_results(mapdl):

    # 结果提取代码

    pass



def main():

    mapdl = launch_mapdl()

    create_model(mapdl, ...)

    apply_boundary_conditions(mapdl, ...)

    apply_loads(mapdl, ...)

    solve_model(mapdl)

    results = extract_results(mapdl)

    print(results)

    # 可视化结果

    import matplotlib.pyplot as plt

    plt.plot(results)

    plt.xlabel('节点编号')

    plt.ylabel('位移 (m)')

    plt.title('仿真结果')

    plt.show()



if __name__ == "__main__":

    main()
10.2 错误处理与调试

  1. 错误处理：

    • 使用try-except块捕获并处理运行时错误。

    • 示例代码：

      
try:

    mapdl.solve()

except Exception as e:

    print(f"求解失败: {
          
          e}")

  2. 调试技巧：

    • 使用print语句输出中间结果，帮助定位问题。

    • 使用Ansys的日志文件进行详细调试。

    • 示例代码：

      
print(mapdl.status)

print(mapdl.nlist())

print(mapdl.elist())
10.3 性能优化

  1. 网格划分优化：

    • 根据模型的复杂度和求解需求，选择合适的网格划分策略。

    • 避免在非关键区域生成过密的网格。

  2. 并行计算：

    • 利用Ansys的并行计算功能，提高求解效率。

    • 示例代码：

      
mapdl.set('PARALLEL', 'ON')

  3. 减少不必要的计算：

    • 在求解过程中，仅计算必要的结果，减少计算量。

    • 示例代码：

      
mapdl.slashsolu()

mapdl.d(1, 'UX', 0)

mapdl.d(1, 'UY', 0)

mapdl.f(2, 'FY', -1000)

mapdl.solve()

mapdl.post1()

displacement = mapdl.get_array('U', 'ALL')

11. 二次开发展望

11.1 未来发展方向

  1. 集成机器学习：

    • 利用机器学习算法优化仿真参数，提高仿真精度和效率。

    • 示例应用：通过机器学习预测最佳网格划分参数。

  2. 自动化报告生成：

    • 开发自动化报告生成工具，将仿真结果以报告形式输出。

    • 示例应用：使用Python的reportlab库生成PDF报告。

  3. 多物理场耦合：

    • 实现多物理场耦合仿真，如结构力学与流体力学的联合仿真。

    • 示例应用：通过Python脚本实现结构力学和流体力学的耦合分析。

猜你喜欢

目录

热门文章