在文章《ANSYS通过超单元的子结构分析提取单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵》中介绍了在ANSYS中通过超单元提取单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的方法。下面介绍下在ANSYS中使用HBMAT命令提取结构的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的方法。

命令格式：HBMAT,fname,ext,--,form,matrx,rhs

其中：

Fname---输出矩阵的路径和文件名，缺省为当前工作路径和当前工作文件名。

ext---输出矩阵文件的扩展名，缺省为.matrix。

form---定义输出矩阵文件的格式，其值可取：

ASCII：ASCII码格式；

BIN：二进制格式。

matrix---定义输出矩阵的类型，其值可取：

STIFF：输出刚度矩阵。可用于写入了.FULL文件的任何类型的分析。

MASS：输出质量矩阵。可用于特征值屈曲、子结构分析、模态分析。

DAMP：输出阻尼矩阵。仅用于有阻尼的模态分析。

rhs---右边项输出控制（右边项指用矩阵所表示方程的等号右端矢量，这里可为节点荷载向量），如rhs=YES则输出，如rhs=NO则不输出。

模态分析时，因仅LANB和QR法可生成完整的质量矩阵，因此也仅采用这两种方法时才可使用HBMAT命令得到质量矩阵文件。

HBMAT命令得到的文件格式为大型稀疏矩阵的标准交换格式，采用索引存储方法，仅记录矩阵的非零元素。文件基本格式是前面有4或5行描述数据，其后为单列矩阵元素值，数据格式如下：

第1行：格式（A72），为文件头的字符型解释，如刚度矩阵或质量矩阵等标题。

第2行：格式（5I14），分别表示该文件的总行数（不包括文件头）、矩阵列指针的总行数、矩阵行索引的总行数、矩阵元素数值的总行数、右边项总行数。

第3行：格式（A3,11X,4I14），分别为矩阵类型、矩阵行数、矩阵列数、矩阵行索引数（对组装后的矩阵，该值等于矩阵行索引数）、单元元素数（对组装后的矩阵此值为0）。

第4行：格式（2A16,2A20），分别表示列指针格式、行索引格式、系数矩阵数值格式、右边项数值格式。

第5行：格式（A3,11X,2I14），A3各列分别表示右边项格式、应用高斯起始矢量、应用eXact求解矢量；两个整数分别表示右边项列数、行索引数。三个字符中的第1个字符可取：F---全部存贮（如节点荷载向量的全部元素）、M---与系数矩阵相同方法。

第6行后：矩阵元素值（单列）。

矩阵类型用3个字符表示，第1个字符可取：R---实数矩阵、C---复数矩阵、P---仅矩阵结构（无元素数值）；第2个字符可取：S---对称矩阵、U---不对称矩阵、H---Hermitian矩阵、Z---病态对称矩阵；R---带状矩阵；第3个字符可取：A---组装的矩阵、E---单元矩阵（未组装）。对称矩阵只存储下三角元素，如结构刚度矩阵为对称矩阵，Harwell-Boeing格式则仅记录下三角元素。

根据Harwell-Boeing文件格式，可读取矩阵的任意行列元素的数值，也可编程还原为满矩阵存储，以便它用，很显然这种提取方式比较方便。如当生成.FULL文件后，可采用命令/AUX2$FILE,mywork,full$HBMAT,mystiff,txt,ASCII,STIFF,YES$FINISH将二进制mywork.full文件输出为ASCII码文件mystiff.txt，并输出右边项。

参考文献：

【1】《ANSYS中整体、单元刚度和质量矩阵的提取》，微信公众号：CAE技术联盟，2017-02-20