基于 MATLAB 的 ANSYS Harwell-Boeing 格式稀疏矩阵提取工具 —— 刚度矩阵与质量矩阵 原创

在有限元分析中，ANSYS 可以导出大规模稀疏矩阵（如刚度矩阵、质量矩阵），通常使用 Harwell-Boeing (HB) CCS 格式。这些矩阵对后续二次开发、动力学分析或自定义求解器非常重要，但由于其稀疏和压缩存储形式，直接在 MATLAB 中读取和使用并不方便。

本文提供了 两个 MATLAB 函数，可直接从 ANSYS 导出的 HB 矩阵文件中读取并重构成 MATLAB 稀疏矩阵：

       1.刚度矩阵提取函数

• 输入：ANSYS 导出的刚度矩阵 HB 文件（stiff.txt）
• 输出：MATLAB 稀疏矩阵 K，可直接用于动力学计算或验证
• 支持自动对称化，保证数值正确

       2.质量矩阵提取函数

• 输入：ANSYS 导出的质量矩阵 HB 文件（mass.txt）
• 输出：MATLAB 稀疏矩阵 M
• 使用与刚度矩阵同样的解析逻辑，无需额外修改

案例说明：

• 本文以高速铁路接触网结构为例，展示了如何将 ANSYS 中导出的稀疏刚度矩阵和质量矩阵，在 MATLAB 中完整展开，并进行后续动力学分析准备。
• 通过该方法，可以将大规模有限元矩阵快速转化为 MATLAB 可操作形式，为自定义振动分析、模态分析及其他科研或工程应用提供基础。

优势与应用：

• 支持大规模稀疏矩阵解析
• 自动对称化，保证数值精度
• 适用于刚度矩阵、质量矩阵、其他 HB 格式矩阵
• 可作为动力学求解器或后处理工具的基础模块

使用方法：

1.使用以下代码对ansys中生成的质量及刚度矩阵进行提取，file,5,full（5为工作目录下full文件的文件名，例如：filename.full）。

2.提取完成后将stiff.txt及mass.txt文件置于matlab脚本文件所处的工作目录下。

3.打开matlab运行脚本即可。

4.得到K稀疏矩阵后可通过spy(K)来进行稀疏矩阵的结构可视化，以及通过命令K_full=full(K)将稀疏矩阵转换为完整（密集）矩阵。