基于VB.NET的二次开发技术

吕鸿冠　黄技

本文利用 .NETFramework平台上的 VB.NET语言，针对一个经典的工程问题进行代码编写，开发出一款专用的软件解决一个典型的梁结构分析问题。

一、引言

随着计算机软硬件的迅速发展，许多工程问题已经逐从人工求解向计算机求解转型，即从人工数值分析转向计算机数值模拟。

目前，许多工程师运用有限元分析软件来辅助自己的工程设计。但是，由于软件自身的限制，当一个工程的设计方案需要调整或出现错误时，所有数值模拟都要重新开始，整体上拖慢了工程进度，延长了工程周期。

针对上述问题，不同工程师采用不同的方法解决自己的实际工作需求。二次开发技术是众多解决方法中拥有较高效率、较高精度的一种。本文通过 VB.NET语言自带的函数对 ANSYS Mechanical APDL产生的命令流文件进行调用修改，实现梁结构的“参数化分析”。

二、ANSYS命令流文件

1.ANSYS简介

ANSYS是一款融结构、流体、电磁场、声场和热学等为一体的大型通用有限元分析软件，在多物理场耦合领域具有不可多得的优势，是现代工程师最常用的CAE软件之一。在ANSYS 7.0版本后，ANSYS公司根据用户需求，将ANSYS分成 ANSYS Workbench和 ANSYS MechanicalAPDL两个不同的平台，以适应不同的分析情景。

2.ANSYS的工作平台

ANSYS Workbench平台是一种全新的界面和设计理念，通过自顶向下的分析方式向用户展示了完整的分析过程，其最大的优点是操控性强、参数化程度高、界面友好、接口丰富。ANSYS Mechanical APDL平台即 ANSYS的经典版，虽然界面相对落后，分析步骤较为复杂，可视化程度低，但是其分析过程可直接产生命令流文件。

3.APDL命令流文件

APDL命令流文件是 ANSYS特有的分析文件，通常为 Windows文本格式。它记录了整个数值模拟的过程，包括一系列建模参数、网格划分类型、求解器设置、后处理模块设置等数据。利用命令流文件，只要通过改变其中关键的数据，再通过调用ANSYS Batch（ANSYS批处理命令）进行分析，即可得出模拟结果。本文就是在基于 APDL命令流文件的基础上对 ANSYS进行二次开发。

三、二次开发技术

1.二次开发技术的简介

狭义上的二次开发技术，即在现有软件提供 SDK的基础上，针对用户的特别需求，利用 SDK中公开的 API（应用程序接口），通过编程语言来访问软件原有的一些功能，即开发出一款用户专用的软件。总的来讲，二次开发技术具有以下优点。

（1）相对于完全的定制开发，二次开发工作量小，效率高，风险低，周期短。

（2）二次开发在原有产品的基础上进行，故原产品的功能和优点能有很好地继承。

（3）解决了单纯的产品个性化需求不能满足的问题。

2.二次开发平台的选择

Microsoft Visual Studio（简称 VS）软件是美国Microsoft公司的开发工具包系列产品。VS是一个完整的开发工具包，包括了整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如代码管控工具、UML工具和集成开发环境 （IDE）等。所写的目标代码适用于微软支持的所有平台，包括 Microsoft Windows、Windows Phone、.NETFramework、.NET Compact Framework和 MicrosoftSilverlight等。

3.二次开发编程语言的选择

Visual Basic.NET语言是基于微软公司的 .NETFramework上的面向对象的编程语言，通常简称 VB.NET（非 VB）。

VB.NET是当今 Basic系语言中最完善的一种，其可视化操作与拖拽化编程环境赢得了广大用户的信任。与 VB不同，VB.NET具有更加完善的功能。

（1）真正面向对象的程序设计。

（2）强大的事件驱动功能。

（3）软件的集成式开发。

（4）结构化的程序语言设计。

（5）强大的数据库访问功能。

（6）支持对象的链接与嵌入、动态交换、动态链接等技术。

（7）网络编程功能。

基于以上优点，VB.NET是进行软件二次开发设计的理想编程语言。

四、APDL二次开发的可行性

ANSYS APDL平台进行有限元分析时，由于软件自身的限制，导致当模型改变或参数出现变动时，整个数值模拟过程重新进行，这过程包括“重新建模—重新定义材料—重新划分网格—重新定义边界条件—重新设置求解器—重新求解”等步骤，需耗费大量的时间，重整体上拖慢工程进度。

APDL每次进行分析时，在工作目录下会产生一个命令流文件，文件里记录了项目的各种分析参数。利用VB.NET的文件操作函数，在指定目录下生成新的文本文件，通过 VB.NET中的数据写入功能，将用户自定义的参数赋予新的文本文件，从而形成新的命令流，再通过函数调用 ANSYS Batch进行分析，并通过图片控件直接显示分析结果（各类分析云图），实现真正意义上的“参数化分析”。

五、梁结构分析的二次开发实例

本文利用工程上一个经典的梁结构结合 VB.NET进行ANSYS的二次开发，阐述二次开发的主要过程和实际的工程意义。开发的软件如图 1所示。

1.分析模型

本文采用的是工程上一个经典的工字梁结构，具体模型如图 2所示。

图2梁结构模型

其中：左端是固定端约束，右端在 XZ平面内可左右滑动， Y方向不具自由度。梁截面是工字梁结构，具体的参数意义如图 2所示。

2.命令流文件的获取

进入 APDL界面，设置 Preference为 Structural。依次点击Preprocessor—Element Type—Add，选择梁单元为 BEAM189。依次点击 Section—Beam—CommonSections，选择工字梁界面，输入相关参数。依次点击Modeling—Create—Nodes，按照图 2完成模型的建立。依次点击 Solution—Define Loads—Apply完成对模型的约束和荷载的定义。上述步骤完成后，点击 Solve进行求解，当提示“Solve is done”时，进入工作目录，将生成的命令流文件保存（默认的命令流文件是名为 file的 Windows文本）。

3.代码编写

得到命令流文件后，利用Microsoft Visual Studio2012平台上的 VB.NET语言对命令流进行二次开发。

向 Form1窗口添加一个 Button，并对 Button添加一个 Click事件响应。首先，需指定一个目录生成新的命令流文件，这里指定默认目录为工作环境，并用 Sw.WriteLine函数对新的命令流文件写入原命令流数据，语句中需用户自定义的参数部分留空。部分关键代码如图 3所示。

将分析语句写入新的命令流后，需定位 ANSYS原程序，这里通过 Shell函数实现该功能。部分关键代码如图 4所示。

接下来，需要建立一个控件存放ANSYS的安装路径，以便通过 Click事件响应将路径位置赋予命令流，这里通过定义 System.IO.Stream变量来实现。部分关键代码如图 5所示。

最后，为了保证每次分析结果不与上次分析结果混淆，需在每次新分析前对上次分析结果进行清理，这里通过 kill函数实现这个命令。部分关键代码如图 6所示。

完成第一个 Button控件的编写后。需添加一个 PictureBox控件和 4个 Button控件分别控制显示 “位移、应力、剪力、弯矩”四张云图。这里，利用赋值函数直接将图片名赋给PictureBox控件。部分关键代码如图7所示。

完成上述代码最关键部分的编写后，再对整体代码和软件界面进行细节上的修改，全部完成后，导出最终的软件应用程序。

4.实例演算

完成软件的设计（图 1），下面通过一个实例来演示软件的功能。本次分析参数如表所示。分析结果如图8～11所示。

六、结语

本文通过利用 VB.NET对一个经典的工程梁结构问题进行 ANSYS Mechanical APDL平台上的二次开发，设计出一款用户个性化的软件，详细展示了二次开发的工作流程和实际应用意义。在实际工作中，分析模型往往比该模型复杂，故开发用户个性化的软件具有重要的现实意义。经过上面的分析，可知二次开发的具有如下优点。

（1）参数化分析：通过实例演算可以看出，用户通过自定义界面完成参数的输入，无论改变哪个变量，均可通过界面一次性完成，免去了重建模等复杂步骤，极大缩短了分析时间。

（2）继承性好：因为求解处理器仍然是 ANSYS的处理器，故用户可将注意力集中在界面窗口设计和事件响应上，而不必关心计算结果是否准确。

（3）界面友好：通过软件最终的设计结果可看出，开发出来的软件界面友好，即使是不熟悉甚至是未曾学过ANSYS的用户仍可进行有限元分析，并得到准确的分析结果。

（4）软件通用性强：VB.NET编写的 Windows程序能在任何安装有 Windows系统的电脑上使用，故只要在安装有 Windows和 ANSYS的电脑上都能使用。