ANSYS计算节点内力的宏

今天根据ansys.net上的一个宏稍微修改了一下，做了一个计算节点内力的宏，贴在下面。这个宏的原始作者是Shen-Yeh Chen。这里是原始描述和原始宏。

这个宏可以计算指定节点上的内力。通常情况下，ANSYS只计算被限定自由度的节点的反应力。如果模型里有两个材料，并且这两个材料用连续网格模拟(而不是接触)，有些时候我们想知道这两个材料间的相互作用力，而在ANSYS里面并没有直接的命令。使用这个宏可以做到这一点。

这个宏的使用法方法是：0.当然是把这个宏命名并放在相应的目录下；1.选择要计算内力的节点；2.选择这些节点一边的单元，因为这些节点代表一个截面，而这个截面会有两边有单元。选择不同的边，内力的方向是不同，如果两边都选的话，内力就会平衡为零了。因此必须要先选择一边，但是不必要只选和节点相邻的一层，因为宏里面已经有命令去选择和节点相连的单元；3.运行宏；4.在工作目录下，会有一个x_nfor2f.ans文件，这个文件的最后一行，就是在x,y,z三个方向的内力分量了。

这个宏必须要在通用后处理器中运行。

! ========================================

! Shen-Yeh Chen

! 05/01/1998

! 12/10/2001

! =========================================

!

! This macro will transfer the element force on the selected

! node into cross-section force on each node, and write

! all the force on each node into the "F" command. Note that

! the macro go through each SELECTED node, sum up all SELECTED

! elements that are attached to the SELECTED node. Then the

! force on each nodes is added a negative sign and printed

! into the 'F' command.

! ---------------------------------------------------------

! Syntax :

! x_nfor2f

!

! Input :

! None

!

! Output :

! file : x_nfor2f.ans : nodal force for the section load

! x_nfor2f.cdb : nodal force & nodal coordinates/ID in

! CDB format

! nodal components : x_nfor2f : defined in x_nfor2f.cdb

! X_NFOR2F_FX : summation of FX

! X_NFOR2F_FY : summation of FY

! X_NFOR2F_FZ : summation of FZ

! Temporary components

! X_NFOR2F

! X_NFOR2F_E

!

! Temporary components

! x_nfor2f.db

!

! Temporary variables

! AR30,AR31,AR32,AR33

!

! External Programs called

! None

!

!

! ========================================

/POST1

*GET,ZNNODE,NODE,,NUM,MAX

CM,X_NFOR2F,NODE

CM,X_NFOR2F_E,ELEM

ESLN,R

!

AR30=0

*CFOPEN,x_nfor2f,ans

*VWRITE

('/PREP7')

X_FOR2F_FX=0.0

X_FOR2F_FY=0.0

X_FOR2F_FZ=0.0

!

! LOOP THROUGH ALL SELECTED NODES

:LINE01

AR30=NDNEXT(AR30)

*IF,AR30,EQ,0,THEN

*GO,:LINE02

*ENDIF

NSEL,R,NODE,,AR30

FSUM

!

!

! GET THE FORCE

*GET,AR31,FSUM,0,ITEM,FX

*GET,AR32,FSUM,0,ITEM,FY

*GET,AR33,FSUM,0,ITEM,FZ

!

AR31=-AR31

AR32=-AR32

AR33=-AR33

X_FOR2F_FX=X_FOR2F_FX+AR31

X_FOR2F_FY=X_FOR2F_FY+AR32

X_FOR2F_FZ=X_FOR2F_FZ+AR33

!

! WRITE TO FILE

*VWRITE,AR30,AR31

('F,',F6.0,',FX,',E12.5)

*VWRITE,AR30,AR32

('F,',F6.0,',FY,',E12.5)

*VWRITE,AR30,AR33

('F,',F6.0,',FZ,',E12.5)

!

! SELECT THE NODES

CMSEL,,X_NFOR2F

*GO,:LINE01

!

!

! SAVE THE STATE TO x_nfor2f.db

:LINE02

*VWRITE,X_FOR2F_FX,X_FOR2F_FY,X_FOR2F_FZ

('FX = ',E12.5,', FY = ',E12.5,', FZ = ',E12.5)

*CFCLOS

STAR-CD和STAR-CCM+ ：冠军的选择

最近CD-Adapco网站上登出了一则新闻。新闻的题目是：STAR-CD and STAR-CCM+: Still the choice of champions (STAR-CD和STAR-CCM+：冠军的选择)。这则新闻被很多网站转载。新闻说的是2006赛季F1冠军车队雷诺车队使用的是CD-Adapco提供的CFD软件。我每天上班的路上看的一份小报几乎每天都要介绍F1大赛，我对当中一些人得的名字还是比较熟悉的。

新闻稿中说，自2001年雷诺车队成立以来，CD-Adapco就是雷诺车队的CFD软件提供商。RS26引擎 和R26底盘 的设计都和CD-Adapco的STAR-CD或STARE-CCM+软件有关。CD-Adapco是F1大赛中最成功的CFD软件提供商，因为，在2006赛季有得分的车队中，有70%的车队使用STAR-CD或者STAR-CCM+作气动或者引擎流动模拟。看来STAR-CD在汽车行业的优势是当之无愧的。关于F1大赛的更多信息可以参见搜狐体育的F1频道 。

多面体网格的优点

多面体网格(polyhedral mesh)是最近CFD求解器开发的热点，它已经被使用在CD-Adapco的STAR-CCM+中，STAR-CD V4也支持多面体网格，Fluent V6.3也将支持多面体网格。其实在CFX中，由于采用基于节点的控制体积(Vertex-based control volume)，用户提供给求解器的网站是正常的四面体或六面体网格，而在求解器内部会生成多面体网格，并且声称已经使用这个技术超过15年。下面的文章翻译自CD-Adapco上面的一个新闻发布(链接)，作者是Milovan Peric和Stephen Ferguson。

自CD-Adapco推出STAR-CCM+求解器和自动多面体网格生成器以来， 我们经常被问到一个问题：为什么我们会采用多面体网格，而不是四面体网格？ 在这篇文章里，我们会就这个问题提供答案和实例。

四面体单元是最简单的体积单元；他们的表面是平面碎片 (plane segment)， 因此面和体的中心点很容易定义。四面体网格也是相对容易自动生成的。它们几乎是自动网格生成技术中的标准应用，主流CFD求解器都支持四面体网格。但是，在另一方面，四面体网格不能被拉伸太多，因此为了保证在边界层、长的管道、或小的缝隙的精确度， 需要使用比结构化网格(六面体)多的多的四面体网格。棱形网格层可以部分解决这个问题。

四面体控制体只有四个相邻网格，在使用标准近似(线性形函数)来计算单元中心的梯度时，会比较困难。一个困难是相邻网格节点的空间位置，因为它们可能会几乎处在一个平面上，使得几乎不可能计算垂直于该平面的梯度。当单元邻近边界时会有另外一个可能碰到的问题：即使只有一个面是边界面，其它三个面的分布可能会很不好；尤其是在邻近线或者角落时，一个单元可能只有两个或者一个相邻单元，这不光会降低精确度，而且会引起严重的数值问题。

为了在四面体网格上实现精确求解和好的收敛性，需要特别的离散技术和大量的单元。这些解决方案并不是最优化的；第一种方法使得程序更加复杂、更难扩展和维护，而第二个方法增加了内存和计算时间需求。多面体网格提供了和四面体网格一样的自动网格生成功能，并且能解决这些缺点。

多面体网格的主要优点是它有多个相邻单元(通常10数量级) ，和四面体网格相比，使用多面体网格能更好的近似梯度(使用线性形函数以及最近单元的信息)。即使靠近线和角，一个多面体单元也可能有几个相邻单元，从而可以合理的预测梯度和当地流动分布。更多的相邻单元意味着更多的内存使用量和更多的计算操作，这可以从更高的精度中得到补偿。下面将要讨论这个问题。

多面体网格也不如四面体网格多拉伸敏感。智能化的网格生成和优化技术也提供了无限的可能性：通过加入新的节点、单元或面，单元可以自动结合、分裂、或修改。实际上，网格质量在将来会有显著提高，并提高求解器效率和精确度。而且，求解器中在使用四面体网格时需要的特别处理将不再必要。在使用多面体网格时，要模拟当地网格细化、滑移网格界面、周期性边界条件等，只需要生成特别的多面体网格，对求解器来说它们都是一样的。

多面体网格在处理回流时更有优势。比如测试显示在模拟正方体空腔驱动流时，要得到指定的精度所需的多面体单元数量要比笛卡尔六面体(通常认为对长方体计算域，六面体是最理想的)少得多。这可以解释为：对六面体单元，有三个最佳流动方向可以达到最大精度(和三对平行面垂直的方向) ；对有十二个面的多面体单元，有六个最佳流动方向，并且有更多的相邻单元，因此可以用较少的单元数得到较高的精确度。对于不同网格类型特点和一个测试结果可以参考Peric (2004) 发表的文章。

很多实际应用的比较分析显示，要达到和四面体网格同样的精确度，使用多面体网格只需要四分之一的单元数、一半的内存、十分之一到五分之一的计算时间。另外，多面体网格有更好的收敛性，通常不需要调整默认的求解器参数，如图1至3所示。

图1. 模拟发动机水套内流动所用的多面体网格

图2. 最细的四面体网格(左图)和最细的多面体网格(右图)所预测的水套壁面压力分布

图3. 不同四面体网格和多面体网格所预测的水套入口出口压力差

这个测试模拟的是发动机水套；监测的是进口和出口的压力差。计算分别在6个多面体网格(单元数21872至593888)和6个四面体网格(单元数39587至2322106)上进行。在所有情形中近壁面处均使用了棱形网格层。图1是一个多面体网格。图2是在最细的多面体网格和最细的四面体网格上计算所得的压力分布。因为网格很小，这两个计算结果非常相似。为了分析结果对网格的依赖性，图3显示了在不同网格上计算得到的压差。该图显示这两种网格类型都可以收敛得到网格无关解。所有的情形使用了同样的离散和求解方法(对流项采用二阶迎风差分格式)。

重要的是，在多面体网格上得到的解总是比有相近网格数量的四面体网格要精确。实际上，从有65513单元的多面体网格上得到的解比从有393273个单元(大约6倍多)的四面体网格上得到的解还要稍微精确。多面体网格所需的计算时间只是得到同等精度的四面体网格的十分之一。到目前为止所进行的比较得到了相似的结果，这验证了CD-Adapco发展这一技术的决定是正确的。随着CD-Adapco的全自动多面体网格生成器的面世，多面体网格将会成为业界标准。

参考文献：

1 M. Peric: Flow simulation using control volumes of arbitrary polyhedral shape, ERCOFTAC Bulletin, No. 62, September 2004.

一周没有发言了

原因是参加了一个关于CAE的conference。