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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／INQUIRE 50
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