Design for Manufacturing软件：Ansys二次开发_（5）.AnsysWorkbench二次开发概述

企业开发 2025-04-11 20:42
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AnsysWorkbench二次开发概述

1. AnsysWorkbench二次开发的基本概念

AnsysWorkbench 是一款集成化的多物理场仿真平台，广泛应用于工程设计和制造领域。通过二次开发，用户可以扩展 AnsysWorkbench 的功能，实现自动化、定制化的工作流程，提高仿真效率和准确性。本节将介绍 AnsysWorkbench 二次开发的基本概念，包括其开发环境、开发工具和开发流程。

在这里插入图片描述

1.1 二次开发的意义

二次开发的意义在于通过编写自定义脚本和插件，实现对 AnsysWorkbench 功能的扩展和优化。这不仅能够提高工作效率，还能满足特定项目的个性化需求。例如，用户可以通过二次开发实现自动化参数化建模、自定义报告生成、多步仿真流程的自动化执行等。

1.2 开发环境和工具

AnsysWorkbench 二次开发主要依赖于 Python 和 Ansys Scripting 接口。Python 是一种高级编程语言，具有简洁易读的特点，广泛应用于科学计算和自动化脚本编写。Ansys Scripting 接口提供了与 AnsysWorkbench 交互的 API，用户可以通过这些 API 访问和操作 AnsysWorkbench 的各种功能。

1.2.1 Python 环境配置

在进行 AnsysWorkbench 二次开发之前，需要确保 Python 环境已经正确配置。以下是一个简单的示例，展示如何在 Windows 系统上安装 Python 并配置 Ansys Scripting 环境。

  1. 安装 Python

    • 下载并安装 Python 3.x 版本：https://www.python.org/downloads/

    • 确保安装过程中选择了“Add Python to PATH”选项。

  2. 安装 Ansys Scripting 接口

    • 安装 Ansys 时，默认会安装 Ansys Scripting 接口。如果没有安装，可以手动安装。

    • 使用 pip 安装 Ansys Scripting 包：

      
pip install ansys-mapdl-core
1.2.2 开发工具

常用的开发工具包括：

  • PyCharm：一款功能强大的 Python 集成开发环境（IDE），支持代码调试、版本控制等功能。

  • Visual Studio Code：轻量级的代码编辑器，通过安装 Python 插件可以提供强大的开发支持。

  • Jupyter Notebook：适合进行交互式开发和数据可视化。

1.3 开发流程

AnsysWorkbench 二次开发的基本流程包括：

  1. 需求分析：明确二次开发的目标和需求。

  2. 设计脚本：根据需求设计脚本逻辑。

  3. 编写代码：使用 Python 和 Ansys Scripting 接口编写代码。

  4. 测试验证：在 AnsysWorkbench 中运行脚本，验证其功能和性能。

  5. 部署应用：将开发的脚本或插件部署到实际项目中。

2. AnsysWorkbench二次开发的入门示例

本节将通过一个简单的入门示例，展示如何使用 Python 和 Ansys Scripting 接口进行 AnsysWorkbench 二次开发。我们将实现一个自动化创建和运行单个静态结构分析的脚本。

2.1 创建工程文件

首先，我们需要创建一个 AnsysWorkbench 工程文件，并在其中添加一个静态结构分析系统。

  1. 启动 AnsysWorkbench

    • 打开 AnsysWorkbench 软件。

  2. 创建项目

    • 在 Workbench 主界面，点击“File” -> “New” -> “Project”，创建一个新的项目。

  3. 添加静态结构分析系统

    • 在项目树中，右键点击“Model”，选择“Insert” -> “Static Structural”，添加一个静态结构分析系统。

2.2 编写 Python 脚本

接下来，我们将编写一个 Python 脚本来自动化创建和运行静态结构分析。


# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 创建一个新的 Ansys 实例

mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()



# 进入前处理模块

mapdl_instance.prep7()



# 定义节点

mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

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

mapdl_instance.n(3, 1, 1, 0)

mapdl_instance.n(4, 0, 1, 0)



# 定义单元类型

mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')



# 定义材料属性

mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 创建单元

mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

mapdl_instance.l(1, 2)

mapdl_instance.l(2, 3)

mapdl_instance.l(3, 4)

mapdl_instance.l(4, 1)



# 定义约束条件

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

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

mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)



# 定义载荷

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



# 进入求解模块

mapdl_instance.slashsolu()



# 求解

mapdl_instance.solve()



# 进入后处理模块

mapdl_instance.post1()



# 查看结果

mapdl_instance.set(1)

mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD')



# 关闭 Ansys 实例

mapdl_instance.exit()

2.3 运行脚本

  1. 保存脚本

    • 将上述脚本保存为 static_analysis.py。

  2. 运行脚本

    • 打开命令行或终端，导航到脚本所在的目录，运行以下命令：

      
python static_analysis.py

2.4 结果分析

运行脚本后，AnsysWorkbench 将自动生成一个静态结构分析结果。结果包括节点位移、应力等信息。用户可以通过 AnsysWorkbench 的后处理功能进一步分析结果。

3. AnsysWorkbench二次开发的高级功能

本节将介绍 AnsysWorkbench 二次开发的一些高级功能，包括参数化建模、多步仿真、自定义报告生成等。这些功能可以进一步提高仿真效率和准确性，满足更复杂和个性化的工程需求。

3.1 参数化建模

参数化建模允许用户通过改变参数来生成不同的几何模型，从而实现批量仿真。以下是一个参数化建模的示例，展示如何通过 Python 脚本实现几何参数的动态调整。


# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 创建一个新的 Ansys 实例

mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()



# 定义参数

length = 1.0  # 梁的长度

width = 0.1   # 梁的宽度

height = 0.1  # 梁的高度



# 进入前处理模块

mapdl_instance.prep7()



# 定义节点

mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

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

mapdl_instance.n(3, length, width, 0)

mapdl_instance.n(4, 0, width, 0)



# 定义单元类型

mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')



# 定义材料属性

mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 创建单元

mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

mapdl_instance.l(1, 2)

mapdl_instance.l(2, 3)

mapdl_instance.l(3, 4)

mapdl_instance.l(4, 1)



# 定义约束条件

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

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

mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)



# 定义载荷

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



# 进入求解模块

mapdl_instance.slashsolu()



# 求解

mapdl_instance.solve()



# 进入后处理模块

mapdl_instance.post1()



# 查看结果

mapdl_instance.set(1)

displacement_results = mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD', return_array=True)



# 关闭 Ansys 实例

mapdl_instance.exit()



# 打印结果

print(displacement_results)

3.2 多步仿真

多步仿真允许用户在一次脚本中执行多个仿真步骤，从而实现复杂的仿真流程。以下是一个多步仿真的示例，展示如何通过 Python 脚本实现多步静态结构分析。


# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl



# 创建一个新的 Ansys 实例

mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()



# 定义参数

length = 1.0  # 梁的长度

width = 0.1   # 梁的宽度

height = 0.1  # 梁的高度



# 进入前处理模块

mapdl_instance.prep7()



# 定义节点

mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

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

mapdl_instance.n(3, length, width, 0)

mapdl_instance.n(4, 0, width, 0)



# 定义单元类型

mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')



# 定义材料属性

mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 创建单元

mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

mapdl_instance.l(1, 2)

mapdl_instance.l(2, 3)

mapdl_instance.l(3, 4)

mapdl_instance.l(4, 1)



# 定义约束条件

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

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

mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)



# 定义载荷

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



# 进入求解模块

mapdl_instance.slashsolu()



# 执行多步仿真

for step in range(1, 4):

    # 定义载荷步

    mapdl_instance.sbstp(step, 1, 1, 0, 1)

    

    # 求解

    mapdl_instance.solve()



# 进入后处理模块

mapdl_instance.post1()



# 查看结果

for step in range(1, 4):

    mapdl_instance.set(step)

    displacement_results = mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD', return_array=True)

    print(f"Step {
      
      step} Displacement Results: {
      
      displacement_results}")



# 关闭 Ansys 实例

mapdl_instance.exit()

3.3 自定义报告生成

自定义报告生成允许用户根据仿真结果生成特定格式的报告。以下是一个自定义报告生成的示例，展示如何通过 Python 脚本提取仿真结果并生成 CSV 文件。


# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import pandas as pd



# 创建一个新的 Ansys 实例

mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()



# 定义参数

length = 1.0  # 梁的长度

width = 0.1   # 梁的宽度

height = 0.1  # 梁的高度



# 进入前处理模块

mapdl_instance.prep7()



# 定义节点

mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

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

mapdl_instance.n(3, length, width, 0)

mapdl_instance.n(4, 0, width, 0)



# 定义单元类型

mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')



# 定义材料属性

mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比



# 创建单元

mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

mapdl_instance.l(1, 2)

mapdl_instance.l(2, 3)

mapdl_instance.l(3, 4)

mapdl_instance.l(4, 1)



# 定义约束条件

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

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

mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)



# 定义载荷

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



# 进入求解模块

mapdl_instance.slashsolu()



# 求解

mapdl_instance.solve()



# 进入后处理模块

mapdl_instance.post1()



# 查看结果

mapdl_instance.set(1)

displacement_results = mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD', return_array=True)



# 将结果保存到 CSV 文件

df = pd.DataFrame(displacement_results, columns=['Node', 'UX', 'UY', 'UZ'])

df.to_csv('displacement_results.csv', index=False)



# 关闭 Ansys 实例

mapdl_instance.exit()

3.4 并行计算

并行计算可以显著提高仿真的效率，特别是在处理大规模模型时。以下是一个并行计算的示例，展示如何通过 Python 脚本实现 AnsysWorkbench 的并行仿真。


# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl

from concurrent.futures import ProcessPoolExecutor



# 定义参数

lengths = [1.0, 1.2, 1.4]  # 梁的长度

widths = [0.1, 0.15, 0.2]   # 梁的宽度

heights = [0.1, 0.12, 0.14]  # 梁的高度



# 定义仿真函数

def run_simulation(length, width, height):

    # 创建一个新的 Ansys 实例

    mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()

    

    # 进入前处理模块

    mapdl_instance.prep7()

    

    # 定义节点

    mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

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

    mapdl_instance.n(3, length, width, 0)

    mapdl_instance.n(4, 0, width, 0)

    

    # 定义单元类型

    mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')

    

    # 定义材料属性

    mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

    mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

    mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比

    

    # 创建单元

    mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

    mapdl_instance.l(1, 2)

    mapdl_instance.l(2, 3)

    mapdl_instance.l(3, 4)

    mapdl_instance.l(4, 1)

    

    # 定义约束条件

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

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

    mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)

    

    # 定义载荷

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

    

    # 进入求解模块

    mapdl_instance.slashsolu()

    

    # 求解

    mapdl_instance.solve()

    

    # 进入后处理模块

    mapdl_instance.post1()

    

    # 查看结果

    mapdl_instance.set(1)

    displacement_results = mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD', return_array=True)

    

    # 关闭 Ansys 实例

    mapdl_instance.exit()

    

    return displacement_results



# 使用并行计算

with ProcessPoolExecutor() as executor:

    results = list(executor.map(run_simulation, lengths, widths, heights))



# 将结果保存到 CSV 文件

df = pd.DataFrame(results, columns=['Node', 'UX', 'UY', 'UZ'])

df.to_csv('parallel_simulation_results.csv', index=False)

3.5 自定义插件开发

自定义插件开发允许用户将二次开发的脚本封装为 AnsysWorkbench 的插件，从而实现更方便的功能调用。以下是一个简单的插件开发示例，展示如何创建一个自定义插件。

  1. 创建插件项目

    • 使用 PyCharm 或 Visual Studio Code 创建一个新的 Python 项目。

  2. 编写插件代码

    • 在项目中创建一个 plugin.py 文件，编写以下代码：

# 导入 Ansys Mapdl 核心库

import ansys.mapdl.core as mapdl

import pandas as pd



class StaticStructuralAnalysis:

    def __init__(self, length, width, height):

        self.length = length

        self.width = width

        self.height = height



    def run_simulation(self):

        # 创建一个新的 Ansys 实例

        mapdl_instance = mapdl.launch_mapdl()

        

        # 进入前处理模块

        mapdl_instance.prep7()

        

        # 定义节点

        mapdl_instance.n(1, 0, 0, 0)

        mapdl_instance.n(2, self.length, 0, 0)

        mapdl_instance.n(3, self.length, self.width, 0)

        mapdl_instance.n(4, 0, self.width, 0)

        

        # 定义单元类型

        mapdl_instance.et(1, 'BEAM188')

        

        # 定义材料属性

        mapdl_instance.mp('EX', 1, 200E9)  # 杨氏模量

        mapdl_instance.mp('DENS', 1, 7800)  # 密度

        mapdl_instance.mp('NUXY', 1, 0.3)  # 泊松比

        

        # 创建单元

        mapdl_instance.r(1)  # 定义单元实常数

        mapdl_instance.l(1, 2)

        mapdl_instance.l(2, 3)

        mapdl_instance.l(3, 4)

        mapdl_instance.l(4, 1)

        

        # 定义约束条件

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

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

        mapdl_instance.d(1, 'UZ', 0)

        

        # 定义载荷

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

        

        # 进入求解模块

        mapdl_instance.slashsolu()

        

        # 求解

        mapdl_instance.solve()

        

        # 进入后处理模块

        mapdl_instance.post1()

        

        # 查看结果

        mapdl_instance.set(1)

        displacement_results = mapdl_instance.prnsol('U', 'NOD', return_array=True)

        

        # 关闭 Ansys 实例

        mapdl_instance.exit()

        

        return displacement_results



    def generate_report(self, results, filename):

        df = pd.DataFrame(results, columns=['Node', 'UX', 'UY', 'UZ'])

        df.to_csv(filename, index=False)



# 示例用法

if __name__ == "__main__":

    # 定义参数

    length = 1.0

    width = 0.1

    height = 0.1

    

    # 创建插件实例

    analysis = StaticStructuralAnalysis(length, width, height)

    

    # 运行仿真

    results = analysis.run_simulation()

    

    # 生成报告

    analysis.generate_report(results, 'displacement_results.csv')

  1. 打包插件

    • 将上述代码打包成一个 Python 包，可以使用 setuptools 来创建一个 setup.py 文件。

# setup.py

from setuptools import setup, find_packages



setup(

    name='ansys-static-structural',

    version='0.1.0',

    packages=find_packages(),

    install_requires=[

        'ansys-mapdl-core',

        'pandas'

    ],

    entry_points={
    
    

        'console_scripts': [

            'static_structural_analysis=plugin:main'

        ]

    }

)

  1. 安装插件

    • 在命令行或终端中导航到项目目录，运行以下命令安装插件：

      
python setup.py install

  2. 在 AnsysWorkbench 中使用插件

    • 安装完成后，可以在 AnsysWorkbench 中通过命令行或脚本调用该插件，实现自动化仿真和报告生成。

通过这些高级功能，用户可以进一步扩展 AnsysWorkbench 的能力，实现更复杂和高效的仿真工作流程。希望这些示例能够帮助读者更好地理解和应用 AnsysWorkbench 的二次开发技术。

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