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仿真好内容提名《ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）》

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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仿真圈

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一、写在文前

自1月5日《一场褒奖仿真好内容的盛典》上架以来！为了鼓励更多的仿真优质内容创作者参与创作，为了让更多的仿真用户便捷有效的获取各行业工业品仿真实用的优质内容。"值得关注的公众号"与“受欢迎的仿真图书”投票活动如火如荼，便引发了仿真工程师和理工科学子广泛关注和热议。

仿真好内容2021年度盛典抽赠图书

在活动正式开启前，人民邮电出版社就提名了《ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）》和《ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）》参选“受欢迎的仿真图书”投票。并且在仿真好内容2021年度盛典活动提供了一批样书作为抽奖礼品。

欢迎广大用户为其投票，并参与抽奖，以下是《ANSYS Workbench有限元分析实例详解（动力学）》书籍内容部分章节内容-低版本程序打开高版本文件的过程。希望对读者有所帮助，欢迎点赞，好看和分享。

二、低版本程序打开高版本文件的过程

ANSYS 近年来一年一度的版本升级，造成了用户使用的版本非常繁杂。以 Workbench 为例，从 Workbench 12.0 至 Workbench 19.0 版本，每个版本均有不同的用户在使用，这样也带来了存盘文件交换的困难。一般来说，高版本程序都可以打开低版本文件，低版本程序在打开高版本文件时可能会“望而兴叹”，但是 Workbench 可以由低版本程序打开高版本文件。下面以一个简单例子来说明此操作过程，同时可以了解 Workbench 的存盘文件的体系。

1、建立高版本文件

以 Workbench 16.0 版本作为高版本，建立一个静力学分析。如图 1-3-1 所示，在前处理中已对模型进行了虚拟拓扑（virtual topology）和划分网格（mesh）等处理。注意，图 1-3-1的内框区域表示对装配模型进行爆炸视图显示，这是 Workbench 16.0 以上版本的特征之一。

图 1-3-1 Workbench 16.0 的分析模型

Workbench 16.0 的模型边界条件如图 1-3-2 所示。对中间两内孔加载 Frictionless Support（无摩擦约束，螺栓联结一般采用无摩擦约束较为合理），对上表曲面加载 Remote Force（远程力，实际工况采用远程力较为合理）。

图 1-3-2 Workbench 16.0 的边界条件

Workbench 16.0 的模型计算结果如图 1-3-3 所示，其最大变形位于零件的右侧，数值为0.0044149mm；最大等效应力位于零件上表面的凹槽内，数值为 3.103MPa。

图 1-3-3 Workbench 16.0 的计算结果

2、准备中间文件

将 Workbench 16.0 的分析存盘备用。打开对应文件夹，其中“dp0\geom\DM\WORKBENCH\ geom.agdb”为模型文件，它由对应版本的 DesignModeler（以下简称 DM）模块来打开，其中“dp0\global\MECH\sys-2.mechdb”为网格文件，它也必须由对应版本的 Workbench 才能打开。由于 ANSYS 提供了通用网格模型文件（*.cdb），它可以被任何版本的 ANSYS 程序所调用，因此首先必须生成*.cdb 文件。而*.cdb 文件只能为 ANSYS 经典界面所创建。如图 1-3-4

所示，单击 1 区的 Mechanical APDL，将其拖曳至 B4 处（与 Static Structural 中的 Model 建立关联）；再单击 2 区的 Update Project，待模型升级完成后，用右键单击 C2 处 Analysis，在出现的快捷菜单中单击 3 区的 Edit in Mechanical APDL，即可进入经典的 APDL 模块。

图 1-3-4 经典界面的设置

注意：图1-3-4 中B4（Model）与 C2（Analysis）建立关联，这表示前处理导入经典界面。图 1-3-4 中B5（Setup）与 C2（Analysis）建立关联，这表示边界条件导入经典界面。图 1-3-4 中 B6（Solution）与 C2（Analysis）建立关联，这表示后处理导入经典界面。还可以将 B4、B5、B6 一起与 C2（Analysis）建立关联，这表示将所有条件导入经典界面。

如图 1-3-5 所示，依次单击 1 区和 2 区的图标，即可得到充满屏幕的有限元模型轴测图，然后单击 3 区的 Plot→Multi-Plots，即可显示全部模型图。

图 1-3-5 经典界面下的模型显示

在经典界面下，导出*.cdb 文件在前处理（Preprocessor）栏下。如图 1-3-6 所示，依次选择 1 区的 Archive Model→Write 命令，在出现的对话框中先选择 2 区的“Data to Archive”为“DB All finite element information”（导出的*.cdb 文件只包含有限元模型），在 3 区中选择存盘路径和文件，最后单击 4 区的“OK”按钮。

图 1-3-6 经典界面下导出cdb 文件

退出经典界面。如图 1-3-7 所示，依次单击 View-Files，可以看到该目录下的主要 Workbench 文件。其中“dp0\APDL\ANSYS\file.cdb”为上步存盘得到的通用网格模型文件。此外，在“dp0\ SYS-2\MECH”目录下，还有 file.rst 和 file.err 两个文件，这两个文件就是可供低版本 Workbench 打开使用的中间文件。只需要将这 3 个文件复制至 Workbench 低版本中即可。

图 1-3-7 Workbench 文件系统

注意：如果文件目录下没有file.err 文件，则只需在“dp0\SYS-2\MECH”目录下用记事本创建一个新文本文件，内容为空白，再改文件名及扩展名为file.err 即可。

3、低版本调用中间文件

启动低版本 Workbench（本例以 Workbench 15.0 为例），建立图 1-3-8 所示的静力学分析流程。注意：A2（External Model 中的 Setup）与 B3（StaticStructural 中的 Model）建立关联后，原 Static Structural模块中的 Geometry 将自动删除。

图 1-3-8 启动低版本Workbench 分析

如图 1-3-9 所示，双击 A2，在菜单 B 栏（Location）中单击省略号图标，然后单击 Browse，选择之前存盘的 file.cdb 文件，注意单位的选择与前面一致。

图 1-3-9 External Model 中的设置

单击 Update Project 后，再双击 B4（Static Structural 中的 Setup）即可进入 Mechanical 界面。由于前处理已经由*.cdb 文件完成，因此还必须加载边界条件。右键单击 Static Structural，依次单击 Insert→Commands，Commands 的内容为空，如图 1-3-10 所示。

图 1-3-10 边界条件的设置

注意：在Command 中插入一段空白，这是因为尽管前文保存的*.rst 文件中有相关边界条件的加载信息，但Workbench 程序框架中规定必须要有边界条件的设置，所以插入一段空白以满足Workbench 程序框架。

如图 1-3-11 所示，先单击 1 区的 Project→Solution（B5）（注意：必须有此步，否则无法执行后续操作），然后单击 2 区的Tool→Read Result File，选择之前存盘的 file.rst 文件，在出现的结果单位系统选择毫米、吨、牛顿单位制（3 区），之后 Workbench 软件会完成导入计算过程。

图 1-3-11 导入计算过程的设置

插入最大变形和等效应力结果，如图 1-3-12 所示，其云图与图 1-3-3 所示完全一致。

图 1-3-12 Workbench 15.0 的计算结果

4、小结

低版本 Workbench 程序能打开高版本文件，这是因为保存 ANSYS 计算结果的*.rst 文件由 C 语言编译。只要在安装 ANSYS 时预装了相应程序，即可完成此类操作。

另外，很多时候操作者并没有单独保存*.cdb 前处理文件，这样也造成不同版本传输文件的困难。但是可以将 Workbench 存盘目录下的*.dat 文件进行略微修改，即可转变为 cdb 文件。例如用记事本打开原 16 版本存盘目录下的 dp0\SYS-2\MECH\ds.dat 文件，程序内容如下：（由于内容太长，在此省略部分内容，如有需要请点击附件下载）

/batch/config,noeldb,1     !forceoffwritingresultstodatabase*get,_wallstrt,active,,time,wall!ANSYSinputfilewrittenbyWorkbenchversion16.1RELEASE!Fileusedforgeometryattach:D:\ansys\161version_files\dp0\Geom\DM\Geom.agdb/title,162version--StaticStructural(D5)*DIM,_wb_ProjectScratch_dir,string,248_wb_ProjectScratch_dir(1)='D:\ansys\_ProjectScratch\ScrC074\'*DIM,_wb_SolverFiles_dir,string,248_wb_SolverFiles_dir(1)='D:\ansys\161version_files\dp0\SYS-2\MECH\'*DIM,_wb_userfiles_dir,string,248_wb_userfiles_dir(1)='D:\ansys\161version_files\user_files\'/com,---DatainconsistentNMMunits.SeeSolvingUnitsinthehelpsystemformoreinformation./units,MPA/nopr/wb,file,start              !signifyaWBgeneratedinputfile——————————————————————————————————————————————/prep7!TurnoffshapecheckingbecausechecksalreadyperformedinsideWBmesher.!Seehelpsystemformoreinformation.SHPP,OFF,,NOWARN/nolistetcon,set          !allowANSYStochoosebestKEYOP'sfor180xelements/com,***********Nodesforthewholeassembly***********nblock,3(1i9,3e20.9e3)1    3.095139177E 002    2.956840281E 002    1.508471399E 0022    2.193766319E 002    1.460062297E 002   -6.010647979E 0013    2.190091118E 002    1.496250198E 002   -7.945050383E 0014    2.165151084E 002    2.298302489E 002    3.476196544E 0015    2.408731543E 002    2.160534485E 002   -6.826426802E 0016    2.173917268E 002    3.010499254E 002   -1.562414054E 0017    2.175835470E 002    2.889082898E 002    2.270574098E 00……-1——————————————————————————————————————————————/wb,elem,start          !setbeforecreationofelements/com,***********ElementsforBody1"KFJ"***********et,1,187eblock,19,solid,,2224(19i9)1111000010013621392308599021854285512185821853 ……-1——————————————————————————————————————————————!MaterialId={7AF8B194-E2E6-42C7-9668-3BFDFF8C686D}/wb,elem,end              !donecreatingelements/com,***********SendUserDefinedCoordinateSystem(s)***********csys,0toffst,273.15,!Temperatureoffsetfromabsolutezero/com,***********SetReferenceTemperature***********tref,22./wb,mat,start           !startingtosendmaterials/com,***********SendMaterials***********MP,DENS,1,7.85e-09,! tonne mm^-3MP,ALPX,1,1.2e-05,! C^-1MP,C,1,434000000,                    !mm^2s^-2C^-1MP,KXX,1,60.5,!tonnemms^-3C^-1MP,RSVX,1,0.00017,!ohmmmMP,EX,1,200000,!tonnes^-2mm^-1MP,NUXY,1,0.3,MP,MURX,1,10000,/wb,mat,end            !donesendingmaterials!*************************ModelSummary********************!KFJ,StructuralSteel,matid,1——————————————————————————————————————————————!*************************EndModelSummary********************!getthediagonaloftheboundingbox.Neededlaterforotherthings*get,_xmin,node,,mnloc,x*get,_ymin,node,,mnloc,y*get,_zmin,node,,mnloc,z*get,_xmax,node,,mxloc,x*get,_ymax,node,,mxloc,y*get,_zmax,node,,mxloc,z_ASMDIAG=(_xmax-_xmin)*(_xmax-_xmin) (_ymax-_ymin)*(_ymax-_ymin) (_zmax-_zmin)*(_zmax-_zmin)_ASMDIAG=SQRT(_ASMDIAG)/wb,contact,start          !startingtosendcontact/wb,contact,end            !donecreatingcontacts/golist/wb,load,start             !startingtosendloads/com,*********FrictionlessSupportsX*********CMBLOCK,_FRICSUX,NODE,     1462(8i10)未完待续，点击文尾阅读原文可下载

在上述程序中，人为用“——”符将其分为 6 段。其中第 1 段表示软件的版本和存盘路

径；第 2 段表示前处理中节点的位置；第 3 段表示前处理中单元类型和单元定义；第 4 段表

示材料的参数定义；第 5 段表示边界条件的定义，第 6 段表示求解设置。在了解了*.dat 文件的基本框架后，将其修改为*.cdb 文件的流程如下。

1）删除第 1 段的全部内容。
2）删除第 2 段中的以下内容。

etcon,set        ! allow ANSYS to choose best KEYOP's for 180x elements

这是因为*.cdb 文件采用 Mesh200 单元形式，所以编辑下面内容：

et,1, 200keyopt, 1, 1, 9et, 2,200keyopt, 2, 1, 11

在第 2 段最后增加下面内容：

N, R5.3,Loc, -1,3） 保留第 3 段的全部内容。4） 根据情况选择第 4 段材料本构的对应参数。5） 删除第 5 段和第 6 段的全部内容。

修改后将其扩展名改为 cdb，它即可为任意版本 ANSYS 调用。

注意：Mesh200 是一种“分网”单元，对求解没有任何作用。Mesh200 单元可以和任何其他 ANSYS 单元相连。不需要该单元时，可以将其删除或保留于模型中，而不影响计算结果。其中 KEYOPT（1）的参数选项为：0（2 节点 2D 线）、1（3 节点 2D 线）、2（2 节点 3D 线）、3（3 节点 3D 线）、4（3 节点 3D 三角形）、5（6 节点 3D 三角形）、6（4 节点 3D 四边形）、7（8 节点 3D 四边形）、8（4 节点三棱锥）、9（10 节点三棱锥）、10（8 节点六面体）、11（20 节点六面体）。本例采用了“KEYOPT, 1, 1, 9”和“KEYOPT, 2, 1, 11”，即表示使用了 10 节点三棱锥和 20 节点六面体高阶网格单元，如图 1-3-13 所示。