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目录1

序1

前言1

第一篇 参数化（APDL）有限元分析技术1

第1章　APDL参数化语言概论1

第2章　参数与参数菜单系统2

2.1　参数概念与类型2

2.2　参数的命名规则2

2.3　参数化操作环境介绍3

第3章　变量参数及其用法5

3.1 变量的定义与赋值5

3.1.1　利用命令＊SET进行变量定义与赋值5

3.1.2　利用赋值号“＝”进行变量定义与赋值5

3.1.3　利用变量定义菜单或命令输入窗口进行变量定义与赋值6

3.1.4　在启动时利用驱动命令进行变量定义与赋值6

3.2　删除变量7

3.3　数值型变量值的替换8

3.4　字符参数的用法8

3.4.1　字符参数的常见用法8

3.4.2　强制字符参数执行替换9

3.4.3　抑制发生字符参数替换9

3.4.4　使用字符参数的限制10

3.5　数字或字符参数的动态替换10

3.6　列表显示变量参数10

3.7　存储与恢复变量11

第4章　数组参数及其用法13

4.1　数组参数类型与概念13

4.2　定义数组参数14

4.3　赋值数组参数15

4.3.1 利用＊SET命令或“＝”给单个或多个数组元素赋值15

4.3.2　利用＊VEDIT命令或按其等价菜单方式编辑数组16

4.3.3　利用＊VFILL命令或其等价菜单方式填充数组向量17

4.4　列表显示数组参数18

4.5 曲线图形显示数组参数列矢量19

4.6　删除数组参数21

4.7　存储与恢复数组参数21

第5章　表参数及其用法22

5.1　表参数的概念、定义、删除与赋值22

5.2 曲线图形显示表参数的列矢量24

5.3　表插值及表载荷应用实例24

第6章　参数与数据文件的写出与读入34

6.1 使用＊VWRITE写出数据文件34

6.2　使用＊VREAD命令读取数据文件填充数组37

6.3　使用＊TREAD命令读取数据文件并填充TABLE类型数组37

第7章　访问ANSYS数据库数据41

7.1　提取数据库数据并赋值给变量41

7.1.1　＊GET提取命令41

7.1.2 与＊GET等价的内嵌提取函数43

7.1.3　对象信息查询函数47

7.1.4　系统信息查询函数／INQUIRE50

7.1.5 获取_STATUS和_RETURN参数值51

7.2　批量提取数据库数据并赋值给数组53

第8章　数学表达式57

第9章　使用函数编辑器与加载器58

9.1　使用函数编辑器58

9.2　使用函数加载器64

9.3　使用函数边界条件加载及其应用实例65

9.3.1 使用函数边界条件加载65

9.3.2　使用函数边界条件加载应用实例65

第10章　矢量与矩阵运算74

10.1　矢量与矩阵运算设置74

10.2　矢量运算77

10.2.1　矢量间运算（＊VOPER命令）77

10.2.2　矢量函数（＊VFUN命令）79

10.2.4　矢量插值运算（＊VITRP命令）82

10.2.3　矢量-变量运算（＊VSCFUN命令）82

10.3　矩阵运算83

10.3.1　矩阵间运算（＊MOPER命令）83

10.3.2　复制或转置数组矩阵（＊MFUN命令）85

10.3.3　计算傅利叶级数（＊MFOURI命令）86

第11章　内部函数88

12.1　＊GO无条件分支90

12.2 ＊IF-＊IFELSE-＊ELSE-＊ENDIF条件分支90

第12章　流程控制90

12.3 ＊DO-＊ENDDO循环93

12.4　＊DOWHILE循环96

12.5　＊REPEAT重复一个命令96

12.6　流程控制命令快速参考97

第13章　宏文件与宏库100

13.1　APDL宏及其功能100

13.2　宏文件命名规则101

13.4　创建宏文件的方法102

13.3　宏搜索路径102

13.4.1　使用＊CREATE创建宏文件103

13.4.2　使用＊CFWRITE创建宏文件105

13.4.3　使用／TEE创建宏文件106

13.4.4　使用菜单Utility Menu＞Macro＞Create Macro创建宏文件107

13.4.5　用文本编辑器创建宏文件108

13.5　宏的局部变量109

13.5.1　宏命令行的输入变量109

13.5.2　宏内部使用的局部变量111

13.6　运行宏111

13.7　宏嵌套：在宏内调用其他宏113

13.8　使用宏库文件与运行宏库中的宏114

13.9　在宏中使用组和组件115

13.10　加密宏文件116

13.10.1 准备加密宏116

13.10.2　生成加密宏117

13.10.3　运行加密宏118

第14章　定制用户化图形交互界面119

14.1 单参数输入对话框119

14.2　多参数输入对话框120

14.3 调用ANSYS程序已有的对话框122

14.4　宏中实现拾取操作123

14.5　程序运行进度对话框123

14.6　宏运行的消息机制125

14.7　定制工具条与缩写127

14.7.1 定制用户化工具条按钮128

14.7.2　存储与恢复工具条按钮129

14.7.3 嵌套工具条缩写131

第15章　基于APDL的常规应用及其实例132

15.1 ANSYS程序的启动参数与启动文件132

15.2　驱动可执行文件133

15.3　利用工具条按钮调用宏134

15.4　读入和写出数据文件并实现多载荷步瞬态动力学求解实例135

15.5　参数化建模：创建标准零件／模型的通用宏138

15.6　参数化建模：连续变厚度板壳模型144

15.7　施加随坐标变化的压力载荷146

15.8　施加表载荷进行载荷插值求解149

第16章　基于APDL的专用分析程序二次开发实例153

第二篇　优化设计与变分有限元技术166

第17章　设计优化技术166

17.1　优化设计基本概念166

17.2　设计优化的基本过程167

17.2.1 创建分析文件168

17.2.2　执行优化过程171

17.2.3　查看设计序列结果180

17.2.4　验证最优或者选择的可行性优化设计序列183

17.3 常见设计优化实例184

17.3.1 数学问题的极小值184

17.3.2　桁架轻型化优化设计189

18.1　拓扑优化基本概念203

18.2　拓扑优化分析基本过程203

第18章　拓扑优化技术203

18.2.1　定义结构问题204

18.2.2　选择单元类型204

18.2.3　指定优化和不优化的区域204

18.2.4　定义并控制载荷工况或频率提取204

18.2.5　定义并控制优化过程206

18.2.6　查看拓扑优化结果215

18.3　拓扑优化实例217

18.3.1　拱桥概念设计实例及点评217

18.3.2　两层平面框架的刚度（频率）优化实例及点评227

第19章　DesignXplorerVT变分优化技术236

19.1　变分优化技术的基本概念236

19.2　DesignXplorerVT的启动与菜单系统237

19.3　DesignXplorer VT变分优化技术238

19.3.1　DesignXplorer VT支持的输入参数238

19.3.2　支持变分优化技术的单元类型238

19.3.3　变分优化技术的限制条件239

19.3.4　变分优化技术的结果在结果浏览器240

19.4　DesignXplorer VT优化分析的基本过程240

19.4.1　执行ANSYS标准求解过程240

19.4.2　定义变分优化技术的输入变量241

19.4.3　定义变分优化技术的输出变量247

19.4.4　执行变分优化求解249

19.4.5　执行变分优化结果处理与优化设计250

19.4.6　检查变分优化状态和清除变分优化数据库264

19.5　DesignXplorer VT变分技术实例264

19.5.1　菜单建模分析过程265

19.5.2　命令流建模分析过程277

第三篇　基于有限元的概率设计技术281

第20章　基于有限元的概率设计技术详解281

20.1　基于有限元的概率设计（PDS）简介281

20.2　PDS的基本概念与过程数据流282

20.3.2　截断高斯分布（TGAU）286

20.3.1　高斯（正态）分布（GAUSS）286

20.3　PDS中的参数分布函数及其选用286

20.3.3 对数正态分布287

20.3.4　三角分布（TRIA）288

20.3.5　均匀分布（UNIF）288

20.3.6　指数分布289

20.3.7　Beta分布（BETA）289

20.3.8　伽玛分布（GAMM）290

20.3.9　威布尔分布（WEIB）290

20.4.1 蒙特卡罗模拟技术概述291

20.4　概率设计方法—蒙特卡罗模拟技术291

20.4.2　直接抽样292

20.4.3　拉丁超立方抽样292

20.4.4　用户定义抽样293

20.5　概率设计方法—响应面法294

20.5.1 响应面法概述294

20.5.2　中心合成设计抽样295

20.5.4　用户定义抽样297

20.5.3　Box-Behnken矩阵抽样297

第21章　基于有限元的概率设计的基本过程298

21.1　PDS基本过程概述298

21.2　创建分析文件298

21.2.1　分析文件及其生成方法298

21.2.2　以雪载梁实例说明分析文件生成方法与内容299

21.3　初始化概率设计分析及其参数304

21.4　进入PDS并指定分析文件304

21.5　定义概率设计模型305

21.5.1　定义随机输入参数305

21.5.2　绘制随机输入参数的分布函数图306

21.5.3　查询随机输入参数分布函数的相关数值307

21.5.4　计算随机输入参数的相关系数307

21.5.5　定义随机输入参数之间的相关性系数308

21.5.6　指定随机输出参数309

21.6.1 使用PDS向导自动选择最合适的概率设计方法310

21.6　选择概率设计方法310

21.6.2　使用模特卡罗模拟方法进行概率设计312

21.6.3　使用响应面方法进行概率设计314

21.7　执行概率设计分析循环计算315

21.7.1　运行序列求解315

21.7.2　运行PDS并行分析316

21.8　拟合和使用响应表面316

21.8.1　关于响应表面序列317

21.8.2　拟合响应表面317

21.8.3　绘制响应表面319

21.8.4　输出响应表面320

21.8.5　根据响应表面生成蒙特卡罗样本322

21.8.6　雪载梁PDS分析及其响应面分析命令流323

21.9　概率设计结果后处理324

21.9.1　统计分析：样本历史324

21.9.2　统计分析：直方图326

21.9.3　统计分析：累积分布函数327

21.9.4　统计分析：输出概率329

21.9.5　统计分析：列出逆概率330

21.9.6　趋势分析：灵敏度331

21.9.7　趋势分析：散点图333

21.9.8　趋势分析：相关矩阵336

21.9.9　生成报告337

21.10　概率设计数据库操作340

21.10.1　存储概率设计数据库340

21.10.2　重启动一个概率设计341

21.10.3　清除概率设计数据库341

21.10.4　检查概率设计数据库状态342

第22章　概率设计分析的实例与点评343

22.1 三根杆桁架系统的直接抽样MCS概率分析实例与点评343

22.1.1　PDS交互分析过程343

22.1.2　PDS命令流分析过程348

22.2　承受横向集中力板的LHS抽样MCS概率设计实例与点评349

22.2.1　PDS交互分析过程350

22.2.2　命令流分析过程362

第四篇 单元生死技术（Element Birth and Death）364

第23章　单元生死技术综述364

第24章　单元生死分析基本过程365

24.1　单元生死技术的建模365

24.2　生死单元的加载和求解366

24.2.1　进行第一个载荷步求解366

24.2.2　单元生死的后继载荷步求解368

24.3　查看求解结果及利用结果控制单元生死369

24.3.1 通用求解结果处理369

24.3.2　利用结果控制单元生死369

24.3.3 制作生死过程动画370

第25章　基坑开挖单元生死分析实例371

第五篇　子模型技术（Submodeling）393

第26章　子模型技术综述393

27.1　第一步：采用相对稀疏网格进行总体模型分析395

第27章　实体—实体子模型分析基本过程395

27.2　创建相对精细网格的子模型并存储模型数据库396

27.3　写出子模型切割边界节点文件397

27.4　保留依据总体模型结果插值子模型切割边界与体载荷定义文件398

27.5　进行子模型分析求解，读入切割边界位移定义并施加子模型载荷400

27.6　验证切割边界是否远离应力集中区域402

第28章　板壳—实体子模型分析基本过程403

29.1.1　菜单操作分析过程406

29.1 实体—实体子模型分析实例及点评406

第29章　子模型分析实例及点评406

29.1.2　命令流分析过程413

29.2　板壳—实体子模型分析实例及点评419

29.2.1　菜单操作分析过程419

29.2.2　命令流分析过程425

附录A　APDL命令429

附录B　APDL通道命令431

附录C　优化设计命令439