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作者：史密森天体物理天文台哈佛-史密森天体物理中心，美国坎布里奇市 Lester M. Cohen；Michael Eisenhower；Vladimir Kradinov
米其林公司，法国克莱蒙费朗 Fady Mamoud；Claire Le Baron　ANSYS公司 Dave Conover；Frederic Thevenon
利用ANSYS Mechanical APDL中的一组新命令实现强大的矩阵处理功能
　　ANSYS 参数化设计语言（APDL）使设计人员能够为整个求解流程的不同步骤（从预处理到后处理）编写脚本并实施控制。利用一组名为APDLMath 的新命，我们可以访问和处理求解过程中所涉及的大型稀疏矩阵。对这些数据的访问使得分析流程比以往任何时候都更有可能实现定制化。该命令集基于一些可处理大型数学矩阵和矢量的工具，能进行标准的线性代数运算，利用强大的ANSYS Mechanical APDL（MAPDL） 线性稀疏矩阵求解器，并求解特征值问题。
　　我们可以利用APDL Math访问.FULL、.EMAT、.MODE、.SUB 等文件中的矩阵和矢量，将其读入、处理并写回，或者直接进行求解。
　　该功能强化了标准APDL 脚本编写环境中的矢量和矩阵运算功能（如*VOPER 和*MOPER）。不管是稠密矩阵还是稀疏矩阵都可以通过APDL Math来处理。在实施APDL Math 之前，我们需要使用FORTRAN 代码来获取这些文件中的数据。
编写高级算法
　　APDL Math 命令开创了一个新的应用领域：人们能够在MAPDL 输入文件中直接编写复杂算法，因此能够处理稀疏矩阵和稠密矩阵，从而求解线性系统和特征值问题，例如：
詹姆斯& 韦伯太空望远镜： 运用APDL Math 开展灵敏度分析
　　詹姆斯& 韦伯太空望远镜（JWST）是一种轨道运行式红外线观测太空望远镜，定 于2018 年发射，将补充和延伸哈勃太空望远镜的发现成果。史密森天体物理台（SAO）参与了这台新望远镜的研发工作。
詹姆斯&韦伯太空望远镜
　　一旦望远镜入轨，它就将观测太空中的遥远物体，每次长达两周。在此期间，望远镜的温度可能会有微小改变，但即使是这种微小改变也会影响光学性能（波前误差）。为了核实性能处于规定范围内，美国宇航局约翰逊航天中心（JSC）在一个巨大的真空室内测试JWST 光学望远镜元件（用于收集光线的眼状元件）和科学仪器载荷，该真空室把望远镜温度降至30 K 左右的太空飞行温度条件。在测试期间，JSC 将对望远镜实施光学测量，并把测量值与数值模型预测值进行对比。为了准确实施这些测量，研究人员必须在望远镜上安装许多热传感器，以便了解它的温度状态。需要把这些传感器安放在那些对微小温度变化具有最高波前误差灵敏度的部件上，因此为了正确放置传感器，研究人员需要了解每个部件的灵敏度。
　　研究人员面临的挑战之一是了解这个复杂大型设备（超过6,500 万个方程）的机械特性相对于众多输入材料参数的灵敏度，每个参数都有几个不同值。
　　用于支撑18块镜片的结构包含3,000多个石墨构成的托盘部件，如果通过分别改变每个部件热张力行为的这种常规方法来确定每个部件的光学波前灵敏度，那么这项工作将耗费3,000 多个CPU 小时（4 个多月的时间）才能完成。
在美国宇航局（NASA）马歇尔航天飞行中心，18块镜片中的6块准备在低温环境中接受光学测试
　　对所有参数进行局部定义的优势在于，当某个参数发生变化时，受影响元件仅占全部元件的不足1%，研究人员可以充分利用这种优势并首先完成一个单独部件的完整求解过程，然后定义一组APDL Math 命令，再利用迭代求解法来快速完成整个模型的灵敏度分析过程。
　　平均而言，ANSYS 最新的灵敏度功能使开展灵敏度测试所需的时间缩短至原来的六分之一左右。利用这种定制流程，我们能够在可接受的较短时间内完成分析任务。
　　借助APDL Math 命令，您可以针对组织的具体需求在MAPDL 中创建具体的定制流程。
米其林公司的专家团队依靠APDL Math技术来开展仿真工作
　　米其林公司是一家全球领先的轮胎企业，产品涵盖各类车用轮胎，依照米其林性能与责任计划的要求，公司坚持以可持续发展和高度负责的态度经营各项公司业务。为满足市场需求，该计划还负责引导产品战略，促使公司不断推出针对具体用途且符合相关标准、规定的高科技创新产品。为了不断缩小轮胎的环境影响，并针对未来的标准和全球各地不同的标号级别（根据耗油量、湿路附着力、噪声进行轮胎分类）开展规划，米其林公司正在加倍努力以显著降低轮胎噪声。
　　仿真是实现降噪目标的最佳手段，可用来识别和了解噪声产生机制，有助于开发出创新程度不断提高的新产品。米其林的专家团队将APDL Math 技术作为仿真工作的一部分。该技术可将通用的数字分析方法与米其林公司内部专业知识和体系相结合。这种结合让设计人员更轻松、快速地获得优质数据，并且提供更准确的降噪诊断结果。
把米其林公司内部的求解器和MAPDL 求解器结合起来
　　米其林公司具备非常详细而准确的轮胎模型数值仿真知识。公司需要保留这些敏感的专有信息，因此这些知识不能被包含在商用代码中。另一方面，米其林公司的工程师希望发挥在MAPDL 内部开发的HPC 求解器和算法的威力，这是因为MAPDL求解器包含一种高度优化的算法，可用来执行谐波分析，使求解器能在更短时间内扫过各个频段。
　　为了满足这些彼此不相容的要求，米其林公司的工程师设定了一个混合求解流程，它结合了一种可对方程组实施汇编的FEM 数据提供器（米其林公司内部的求解器），以便与MAPDL 中的纯数值求解器共同求解。两种代码之间的通信基于APDL Math 特性，并且在相同的流程中执行。APDL Math 命令使米其林的工程师能够利用MAPDL 特征值求解器解决公司内部的FEM 问题。
　　该方法使米其林公司能集中精力增强轮胎建模和行为知识，并通过ANSYS技术求解生成的方程式。
APDL Math 延伸了ANSYS Mechanical APDL 的脚本编写语言环境，使人们能够利用强大的矩阵运算例程，其中包括一些快速高效的求解器。
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ANSYS15.0的启动及界面
1.3　ANSYS15.0的启动及界面
1.3.1　设置运行环境
用交互式方式启动ANSYS：选择【开始】 & 【程序】 & 【ANSYS15.0】 & 【Mechanical APDL (ANSYS)】即可启动。
在使用ANSYS 15.0软件进行设计之前，可以根据用户的需求设计环境。
用鼠标依次单击【开始】 & 【程序】 & 【ANSYS 15.0】 & 【Mechanical APDL Product Launcher】得到如图1-6所示的对话框，主要设置内容有模块选择、文件管理、用户管理/个人设置和程序初始化等。
图1-6　ANSYS 15.0对话框
1．模块选择
在“Simulation Environment”（数值模拟环境）下拉列表中列出以下3种界面。
（1）ANSYS：典型ANSYS用户界面。
（2）ANSYS Batch：ANSYS命令流界面。
（3）LS-DYNA Solver：线性动力求解界面。
用户根据自己实际需要选择一种界面。
在“License”下拉列表中列出了各种界面下相应的模块：力学、流体、热、电磁、流固耦合等，用户可根据自己要求选择，如图1-7所示。
图1-7　Lanuch 选项卡中License下拉列表
2．文件管理
单击“File Management”（文件管理），然后在“Working Directory”（工作目录）文本框设置工作目录，再在“Job Name”（文件名）设置文件名，默认文件名叫File。
ANSYS默认的工作目录是在系统所在硬盘分区的根目录，如果一直采用这一设置，会影响ANSYS 15.0的工作性能，建议将工作目录改建在非系统所在硬盘分区中，且要有足够大的硬盘容量。
初次运行ANSYS时默认文件名为File，重新运行时工作文件名默认为上一次定义的工作名。为防止对之前工作内容的覆盖，建议每次启动ANSYS时更改文件名，以便备份。
3．用户管理/个人设置
单击“Customization/Preferences”（用户管理/个人设置），就可以得到如图1-8所示的“Customization/Preferences”界面。
用户管理中可进行设定数据库的大小和进行内存管理设置，个人设置中可设置自己喜欢的用户环境：在Language Selection中选择语言；在Graphics Device Name中对显示模式进行设置（Win32提供9种颜色等值线，Win32c提供108种颜色等值线；3D针对3D显卡，适宜显示三维图形）；在Read START file at start-up中设定是否读入启动文件。
4．完成以上设置后，用鼠标单击“Run”按钮就可以运行ANSYS 15.0程序
图1-8　“Customization/Preferences”界面
1.3.2　启动与退出
1．启动ANSYS 15.0
（1）快速启动：在Window系统中执行"开始&程序&ANSYS 15.0&Mechanical APDL (ANSYS)"命令，如图1-9（a）所示菜单，就可以快速启动ANSYS 15.0，采用的用户环境默认为上一次运行的环境配置。
（2）交互式启动：在Windows系统中执行“开始 & 程序 & ANSYS 15.0 & Mechanical APDL Product Launcher”命令，如图1-9（b）所示菜单，就是以交互式启动ANSYS 15.0。
（a）快速启动　　　　　　　　　　　
（b）交互式启动
图1-9　ANSYS 15.0启动方式
建议用户选用交互式启动，这样可防止上一次运行的结果文件被覆盖掉，并且还可以重新选择工作目录和工作文件名，便于用户管理。
2．退出ANSYS 15.0
（1）命令方式：/EXIT。
（2）GUI路径：用户界面中用鼠标单击 ANSYS Toolbar（工具条）中的“QUIT”按钮，或Utility Menu & File & EXIT，出现ANSYS 15.0程序退出对话框，如图1-10所示。
（3）在ANSYS 15.0 输出窗口单击关闭按钮。
采用第一种和第三种方式退出时，ANSYS直接退出ANSYS；而采用第二种方式时，退出ANSYS前要求用户对当前的数据库（几何模型、载荷、求解结果及三者的组合，或什么都不保存）进行选择性操作，因此建议用户采用第二种方式退出。
图1-10　ANSYS 15.0程序退出对话框
1.3.3　ANSYS 15.0的图形用户界面
启动ANSYS 15.0并设定工作目录和工作文件名后，将进入如图1-11所示的ANSYS 15.0的GUI界面（Graphical User Interface，图形用户界面），其主要包括以下几个部分。
图1-11　ANSYS 15.0 图形用户界面
包括文件操作（File）、选择功能（Select）、数据列表（List）、图形显示（Plot）、视图环境控制（PlotCtrls）、工作平面（Workplane）、参数（Parameters）、宏命令（Macro）、菜单控制（MenuCtrls）和帮助（Help）10个下拉菜单，囊括了ANSYS的绝大部分系统环境配置功能。在ANSYS运行的任何时候均可以访问该菜单。
2．快捷工具条
对于常用的新建、打开、保存数据文件、视图旋转、抓图软件、报告生成器和帮助操作，提供了方便快捷方式。
3．输入窗口
ANSYS提供了4种输入方式：常用的GUI（图形用户界面）输入、命令输入、使用工具条和调用批处理文件。在这个窗口可以输入ANSYS的各种命令，在输入命令过程中，ANSYS自动匹配待选命令的输入格式。
4．显示隐藏对话框
在对ANSYS进行操作过程中，会弹出很多对话框，重叠的对话框会隐藏，单击输入栏右侧第一个按钮，便可以迅速显示隐藏的对话框。
包括一些常用的ANSYS命令和函数，是执行命令的快捷方式。用户可以根据需要对该窗口中的快捷命令进行编辑、修改和删除等操作，最多可设置100个命令按钮。
6．图形窗口
该窗口显示ANSYS的分析模型、网格、求解收敛过程、计算结果云图、等值线和动画等图形信息。
菜单栏几乎涵盖了ANSYS分析过程的全部菜单命令，按照ANSYS分析过程进行排列，依次是个性设置（Preference）、前处理（Preprocessor）、求解器（Solution）、通用后处理器（General Postproc）、时间历程后处理（TimeHist Postproc）、ROM工具（ROM Tool）、优化设计（Design Xplprer）、概率设计（Prob Design）、辐射选项（Radiation Opt）、会话编辑（Session Editor）和完成（Finish）项。
8．视图控制栏
用户可以利用这些快捷方式方便地进行视图操作，如前视、后视、俯视、旋转任意角度、放大或缩小以及移动图形等，以协助调整到用户的最佳视图角度。
9．输出窗口
该窗口的主要功能在于同步显示ANSYS对已进行的菜单操作或已输入命令的反馈信息，用户输入命令或菜单操作的出错信息和警告信息等，关闭此窗口，ANSYS将强行退出。
10．状态栏
这个位置显示ANSYS的一些当前信息，如当前所在的模块、材料属性、单元实常数及系统坐标等。
用户可以充分利用输出窗口的提示信息，改正自己的操作错误，对修改用户编写的命令特别有用。
第3章　划分网格
第4章　施加载荷
第2篇　专题实例篇
静力学分析
谐响应分析
瞬态动力学分析
结构屈曲分析
非线性分析
接触问题分析ANSYS 14.5 Mechanical APDL官方用户手册ANSYS 14.5 Mechanical BEAMST User Manual ANSYS 14.5 Mechanical APDL Technology ANSYS 14.5 Mechanical FATJACK User Manual ANSYS 14.5 Parametric Design Language Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Verification Manual ANSYS 14.5 Workbench User Guide ANSYS 14.5 Workbench Verification Manual ANSYS 14.5 Mechanical User Guide
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这里还有ANSYS 14.5 Mechanical APDL Performance Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Operations Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Programmer Reference ANSYS 14.5 Mechanical APDL Rotordynamic ANSYS 14.5 Mechanical APDL Structural Analysis ANSYS 14.5 Mechanical APDL Thermal Analysis ANSYS 14.5 Mechanical APDL Troubleshooting ANSYS 14.5 Mechanical APDL Theory Reference
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补充二：ANSYS 14.5 Mechanical APDL Introductory Tutorials ANSYS 14.5 Mechanical APDL High-Frequency ANSYS 14.5 Mechanical APDL Material Reference ANSYS 14.5 Mechanical APDL Low-Frequency ANSYS 14.5 Mechanical APDL Element Reference ANSYS 14.5 Mechanical APDL Multibody Analysis ANSYS 14.5 Mechanical APDL Parallel Processing ANSYS 14.5 Mechanical APDL Modeling
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补充三：ANSYS 14.5 EKM Desktop User Guide ANSYS 14.5 Design Exploration User Guide ANSYS 14.5 Fluids Analysis Guide ANSYS 14.5 DesignModeler User Guide ANSYS 14.5 FE Modeler User Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Basic Analysis Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Connection User Guide ANSYS 14.5 Mechanical APDL Advanced Analysis ANSYS 14.5 Mechanical APDL Contact Technology ANSYS 14.5 Mechanical APDL Coupled-Field ANSYS 14.5 Mechanical APDL Command Reference ANSYS 14.5 Mechanical APDL Feature Archive
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很专业的资料，楼主辛苦了
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