APDL基礎介紹及代碼示例

一、APDL是什麼

ANSYS Parametric Design Language (APDL)是由ANSYS公司開發的一種命令式語言，主要適用於CAD系統中有限元分析的前後處理。用戶可以使用APDL直接控制ANSYS程序完成有限元分析流程的各個步驟，從而實現自動化計算分析。

APDL不同於常見的編程語言，例如C++或Python，APDL可以直接與ANSYS的多個模塊及功能進行交互。APDL可以用於建模、模擬、分析和後處理，並且其語言實現了調用Matlab、Excel等軟件的接口，可以與其他編程語言進行混合編程。

二、APDL的基本語法

APDL主要由兩部分組成：命令和參數。其中命令對應ANSYS中的各種功能、操作，參數控制命令的具體實現。常見的命令包括CHGVAR、PHASE、MAT等，每個命令都有對應的參數。

在APDL中，語句必須以分號結尾，以表示語句的結束。語法的一般格式如下：

命令，參數1，參數2，……；

其中參數之間以逗號分隔，命令與第一個參數之間沒有空格。

三、APDL的應用場景

在工業領域，APDL可以廣泛應用於有限元仿真、結構分析、流體控制、熱力學模擬、優化設計等方面。在以下幾個應用場景中，APDL體現出其強大的優勢：

1. 宏語言

使用APDL即可輕鬆編寫一些基於模板的通用模型，只需在ANSYS中加載相應的宏文件即可。宏文件可用於自動化預處理，如網格生成、加載邊界條件等業務流程，使開發者可以更加專註於模型的建立。此外，APDL也支持控制流、循環、判斷等語法，以及支持宏調用其他程序庫。

2. 其他ANYS模塊的協同操作

APDL不僅可以用於結構分析領域，還可以與其他工程領域的ANSYS模塊進行協同操作，包括熱力學、流體仿真、電磁場分析、多物理場模擬等。APDL中，通過命令來控制其他模塊的功能、參數、算法調整等，實現不同模塊之間的全面性聯動。

3. 腳本自動化

利用APDL可實現自動化流程控制和快速執行，將計算結果自動導入到其他軟件中進行後續處理。這種流程自動化的處理方式可以極大提高仿真計算效率，節省大量人力物力開銷。

四、APDL代碼示例

以下是一個APDL代碼示例：

! 定義參數
/PREP7
et,1,185 ! 定義單元類型
keyopt,1,3,6 ! 定義穩定元
keyopt,1,4,1 ! 定義殼體單元
r,1,0.002,! 定義圓棒截面半徑
wid,1,0.002 ! 定義殼體的厚度
MP,EX,210000,! 正交材料參數
/ESHAPE
,flata
,area,0.000314,! 定義面積
,et,1
,secnum,1
,secdata,r, wid
cmsel,s,flata
cm,type,1
TYPE,1
allsel,all

! 建模
bshaft,0,0,0,0.100,90,!
bshaft,0.100,0,0,0.200,-90,!
vsolid,all
qattr,etype,1 ! 獲得設置的單元類型
qattr,stype,1 ! 獲得定義的殼體屬性值

! 邊界條件
nsel,s,loc,x,0
d,1,3,0 ! 定義x軸向方向約束
allsel,all
nsel,s,loc,y,0
d,2,3,0 ! 定義y軸向方向約束
allsel,all
fsel,s,loc,y,0.200
f,2,1E7 ! y方向施加200N的力

! 求解方程組
/solu
antype,0 ! 靜力分析
solve

! 後處理
/post1
etlist,! 命令顯示定義過的單元及其編號
type,1,! 顯示定義過的結構單元中，某種單元的應力
d,1,stres
cint,flata,area,! 計算所選面上的應力
plnsol,s,prin ! 選擇應力主方向

! 保存、退出
/file/save
fileexit