2022年Abaqus+python入门体会[参 .pdf
Abaqus/python 入门体会（初稿）长安大学 姜峰林 2009.2.1 #= 自己的论文要用到有限元进行数值模拟分析，以前都用 ansys 计算， 可 ansys中岩土的本构模型只有DP 模型，无法准确的反映土的硬化/软化性质，模拟计算出的结果因此也和实际差别很大。Abaqus 有着丰富的材料模型，超强的非线性分析能力， 岩土的模型也很多， 因此才转学Abaqus。Abaqus 的 cae建模功能还是很好的，但科研课题一般都要进行参数分析，采用cae 的建模方法有些不切实际，学了没几天就放弃cae开始学习 inp，也是学了一阵子才知道inp 不能建立实体模型，只能直接建节点和单元。复杂的模型inp 也无法建立，但采用 Python 建模就可以解决这个问题。由于 Abaqus 的学习资料不多，过了好些日子才知道Abaqus 也可以采用Python 语言进行建模计算，只是比Ansys 的 Apdl 语言复杂得多，并且除了手册上的 Script 资料之外，没有较为系统的教程，刚一接触真是让人头痛。通过查看 Simwe 论坛上关于Python 的帖子，和论坛朋友的帮助，自己在慢慢积累，现在对 Python 有了一点点了解，算是入了个门。接触 Abaqus 也没多久，对python 更是一知半解，绝大多数地方根本都不清楚，抽空写一点认识体会主要是给像自己一样刚学习Abqus Python 的朋友，能少走一些弯路，节约一些时间。同时希望大家批评指正、共同讨论、补充。#- 学习 Abaqus/Python 基础： Abaqus 的 cae 建模有比较全面的认识；了解一些 Python 语法知识（大家都不会有太多时间单独学习Python 语言本身，只需要有概念了解即可，不懂的地方可以随时查询Python script 手册）Abaqus/Python 学会使用不太难，可要精通应用还是要付出一定的劳动。大家所分析的课题专业不同，方向也千差万别，所用到的Abaqus 的功能也就有很大的差别，能对自己的工作领域熟练应用就算成功。Abaqus 毕竟只是软件，如何考虑专业知识成功建模才是最困难的。#- 1. Python 与 Abaqus 2. Abaqus/Python 结构3.模型参数分析技巧4.几个命令的体会5.一个 Abaqus/Python 例子#- 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - #= 1. Python 与 Abaqus 1.1 Python 简介Python 是面向对象的语言。面向对象的语言自己的理解为：语言本身已经定义了许多固定模块，如数学函数、对显示模式的控制、一些对话框的编写等等程序模块，只需要按照程序的指定格式填空即可完成既定任务，格式相对比较固定，因此语言格式看起来非常繁琐，但方便实用能够大量节约程序员的时间。面向对象语言的使用方式可以比喻为：一棵树分为树干、树枝、细枝和树叶等部分，你要是想得到一个确定位置的树叶（且具大小等属性）只有一个路径可以走即树干树枝细枝树叶，换成面向对象的格式为树干 .树枝 .细枝.树叶 (树叶片数或大小等属性)。以下是 abaqus中 Python 的一般格式， 这些格式都是固定的，我们只需要改变其中的参数即可：mdb.modelsModel-1.ConstrainedSketch(name=_profile_, sheetSize=0.3) s = mdb.modelsModel-1.ConstrainedSketch(name=_profile_, sheetSize=0.3) s.sketchOptions.setValues(decimalPlaces=3, viewStyle=AXISYM) s.setPrimaryObject(option=STANDALONE) s.ConstructionLine(point1=(0.0, -100.0), point2=(0.0, 100.0) Python有着较强的逻辑控制语句如if 、for、while等，可以通过循环或条件等语句把复杂且重复的操作变得简单易于操作，也是用参数化编程较cae的最大优势。1.2 如何学 abaqus Python 命令 Abaqus 是采用Python 语言编制而成，在cae 中所有的操作都可以通过Python 脚本命令完成（注：好像Python 并不能完全取代inp 文件，一些材料属性的参数好像要用inp 才能赋值）。学会用 python reader程序Abaqus cae可以自动生成python 文件，存放在工作目录的 abaqus.rpy 文件中，每一步cae 操作都会产生相应的python 命令。可以通过simwe 网友ck436ck436 编写的 python reader 程序 实时读取产生的命令，反复揣摩、 领会每个命令，很快就会有所提高，对python 的命令有所领悟。与 cae 建模相同， Python 建模也分为： part、property、assembly、step、ineraction、load、mesh、job 等模块，具体每个模块中的建模命令可参考Python reader 读取的命令学习，我们只需去记忆常用的Python 命令。以下是 python reader 程序下载地址。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - http:/ 1.3 Abaqus/Python学习资料关于 Python 的学习资料非常多，如Swaroop, C.H. 著沈洁元译的简明Python 教程就是很好的参考资料。 王纯业的Python 学习笔记也不错，simwe论坛可以下载到。另外就是 Abaqus 手册：Abaqus Scripting Users ManualAbaqus Scripting Reference ManualGetting Started with Abaqus: Interactive EditionAbaqus 手册真是冗长，只能是根据自己的课题有选择的查阅。#= 2. Abaqus/Python结构Abaqus的object model 分为session、mdb和odb三个objects，session为视图模块、 mdb为模型数据模块、odb为数据输入输出模块。每个object下面又有很多命令分支，直到执行到所需要的具体命令。以下各图选自 Abaqus Scripting Users Manual，更多书面的的解释可以参考abaqus 手册。每个 object 都像一棵树，要执行某个命令就需要按照python 的面向对象的格式进行。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 例如： cell4 = mdb.modelsblock.partscrankcase.cells4，要把 part 模块中编号为 4 的体赋值给cell4，就需通过路径mdbmodelspartcells（4 号体属性），其中 block、crankcase、分别是 model 和 part 的名字。在草图 Sketch 中画线：s = mdb.models block .ConstrainedSketch(name=grid, sheetSize=3.0) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - s.Line(point1=(-1.275, 0.0), point2=(-1.125, 0.0) s.Line(point1=(1.125, 0.0), point2=(1.275, 0.0) 执行任何一条命令都必须按照结构树的格式进行操作。我们所看到的python 脚本繁杂的语句就是这样形成的。这样大量的命令不能在短时间内掌握，我们只需要根据自己的需要边建立模型边学习就可以了。a = mdb.modelsModel-1.rootAssembly s = a.instancesMount-1.edges side1Edges = s.findAt(0.0475, 0.0, 0.0), ) 以 上 三 行与 下 面 的 句 子是 等 同 的 ， 即把 findat找 到 的edges 赋 值 给side1Edges。分开来写简单明了，大大缩短了语句的长度。side1Edges = mdb.modelsModel-1.rootAssembly. instancesMount-1.edges. findAt(0.0475, 0.0, 0.0), ) a.Surface(side1Edges=side1Edges, name=Bottom)，这行语句设置side1Edges所对应的 edge为名称 Bottom 的 surface 的 set。#= 3.模型参数分析技巧 Python脚本建模的好处就是可以进行参数分析，即改变我们要分析模型的几何尺寸、材料属性等可变参数，对数值模型进行求解计算，从而对所分析的对象有更全面的了解。1对自己要进行参数分析的参数赋值：如几何尺寸或材料属性等a120，b130，c140，命名要符合python 规则。2.cae与 Python 混合建模，不会的命令就利用cae自动生成，用 Python reader记录命令然后进行修改，可以弥补不熟悉Python 的缺点； 3.逐句修改 Python 脚本，可以去掉一些不必要的语句并在cae 中逐句进行验证。#= 4. 几个命令的体会4.1 Set ( ) Set命令在 python 建模时要经常用到，对实体、surface、element 等分组，方便加载、施加约束和单元生死等控制4.2 Findat ( ) 对 cell、edge、face、vertice 进行查找，括号中参数为实体坐标名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - p = mdb.modelsModel-1.partsMount f = p.faces faces = f.findAt(0.042303, 0.006937, 0.0), ) pickedRegions =(faces, ) p.setElementType(regions=pickedRegions, elemTypes=(elemType1, elemType2) 4.3 Len ( ) 利用 len 命令可以实现对单元选取p = mdb.modelsprecast culvert.partssoil e = p.elements len(e) n1=len(e) elements = e1:n1 #单元数存放在e 的一维数组里p.Set(elements=elements, name=Set-3) 对单元进行编组set，可以进行生死单元的控制，我摸索了好久才想到这个办法，目前只在二维模型应用过，三维也应该没问题。Abaqus 没有办法对单元编号进行编号控制，也没有像ansys那样有效的选择命令，怎样选择abaqus的单元就是很头疼的问题，我要做路堤的分层回填模拟，手动选取单元根本就没有可能。 Abaqus 的编号其实是有规则的，后划分的单元编号最小，先划分的单元编号最大；这样我们就可以每次划分单元后都采用len 命令计算一次单元数量，并用参数记录下来，这样我们就能计算出每部分单元的数量以及他的起始和终止编号。根据elements = e1:n1、p.Set(elements=elements, name=Set-3) 语句就可以把每部分单元设置成set，以后操作就很方便了。#= 5. 一个 Abaqus/Python例子下面是一个 Getting Started with Abaqus: Interactive Edition中的一个橡胶避震垫例子： ? 号后语句表示我的注释，注释上面的句子。我也不懂的就没有注释，先熟悉一下 Python的样子。在学习的时候可以copy（Crtol + V ）到 cae下面的命令行中一句句的执行，并在cae视窗中查看命令执行情况，领会命令使用方法。# Script for rubber mount example 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - ? “#”开头表示这一行为注释行，同ansys的“！”号 from abaqus import * from abaqusConstants import * ? 引入 abaqus中的一些模块，这些模块是abaqus已事先存储在文件中，要引入才这些模块能运行相应的命令 session.viewportsViewport: 1.makeCurrent() session.viewportsViewport: 1.maximize() session.journalOptions.setValues(replayGeometry=COORDINATE, recoverGeometry=COORDINATE) ? 对cae视窗的操作命令；maximize() 的括号好像是默认为当前值 from caeModules import * from driverUtils import executeOnCaeStartup executeOnCaeStartup() Mdb() #- # Sketch profile of the mount ? 进入草图模块 s = mdb.modelsModel-1.ConstrainedSketch(name=_profile_, sheetSize=0.3) ? 建立一个 sketch 草图，草图的尺寸为0.3 个单位；这个句子算是一个标准的Python语句，具体后面解释 g, v, d, c = s.geometry, s.vertices, s.dimensions, s.constraints s.sketchOptions.setValues(decimalPlaces=3, viewStyle=AXISYM) s.setPrimaryObject(option=STANDALONE) ? 设置草图为轴对称模式 s.ConstructionLine(point1=(0.0, -100.0), point2=(0.0, 100.0) s.FixedConstraint(entity=g2) ? 建立辅助线及约束 mdb.modelsModel-1.sketches_profile_.sketchOptions.setValues(gridFrequency=4) ? sketch 参数修改 s.rectangle(point1=(0.01, 0.0), point2=(0.025, 0.01) ? 画矩形 s.DistanceDimension(entity1=g2, entity2=v0,textPoint=(0.00998260825872421, -0.00830297358334064), value=0.01) s.VerticalDimension(vertex1=v0,vertex2=v1,textPoint=(0.0,0.00851448811590672), value=0.03) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - s.ObliqueDimension(vertex1=v0,vertex2=v3,textPoint=(0.025699570775032, -0.00830297358334064), value=0.05) ? 标注图形尺寸，还可以修改图形尺寸，如拉伸、压缩等 s.CircleByCenterPerimeter(center=(0.085,0.025),point1=(0.06, 0.00740899052470922) ? 画圆 s.CoincidentConstraint(entity1=v5, entity2=g5) s.DistanceDimension(entity1=g2, entity2=v4,textPoint=(0.0811913833022118, -0.023865295574069), value=0.1) s.VerticalDimension(vertex1=v2, vertex2=v4,textPoint=(0.115524396300316, 0.0262394621968269), value=0.0) s.ObliqueDimension(vertex1=v5, vertex2=v3,textPoint=(0.0519323498010635, 0.0), value=0.005) ? 修改圆尺寸、移动位置 没搞清楚修改尺寸命令有什么实际意义，直接定义好尺寸不就结了？ s.autoTrimCurve(curve1=g7,point1=(0.124150268733501,-0.00965208746492863) ? 裁剪命令，其中g7 是圆的线编号，g=s.geometry s.autoTrimCurve(curve1=g5,point1=(0.0601795427501202,0.020298857241869) s.autoTrimCurve(curve1=g4,point1=(0.0557677671313286,0.030869778245687) ? 裁剪命令s.RadialDimension(curve=g8,textPoint=(0.0725325122475624,0.0207393132150173),radius=0.047169905660283) d6.setValues(reference=ON) ? 标注命令，标注界面很漂亮session.viewportsViewport: 1.view.fitView() ? cae图形缩放的合适大小p = mdb.modelsModel-1.Part(name=Mount, dimensionality=AXISYMMETRIC, type=DEFORMABLE_BODY) p = mdb.modelsModel-1.partsMount ? 命名 modelp.BaseShell(sketch=s) s.unsetPrimaryObject() session.viewportsViewport: 1.setValues( displayedObject=p) del mdb.modelsModel-1.sketches_profile_ ? 显示 model名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - #- # Create material Rubber ? 创建材料模型mdb.modelsModel-1.Material(Rubber) mdb.modelsModel-1.materialsRubber.Hyperelastic(type=POLYNOMIAL, table=() mdb.modelsModel-1.materialsRubber.hyperelastic.UniaxialTestData(table=( 0.054E6, 0.0380), (0.152E6, 0.1338), (0.254E6, 0.2210), (0.362E6, 0.3450), (0.459E6, 0.4600), (0.583E6, 0.6242), (0.656E6, 0.8510), (0.730E6, 1.4268) mdb.modelsModel-1.materialsRubber.hyperelastic.BiaxialTestData(table=(0.089E6, 0.0200), (0.255E6, 0.1400), (0.503E6, 0.4200), (0.958E6, 1.4900), (1.703E6, 2.7500), (2.413E6, 3.4500) mdb.modelsModel-1.materialsRubber.hyperelastic.PlanarTestData(table=(0.055E6, 0.0690), (0.324E6, 0.2828), (0.758E6, 1.3862), (1.269E6, 3.0345), (1.779E6, 4.0621) # # Create material Steel # mdb.modelsModel-1.Material(Steel) mdb.modelsModel-1.materialsSteel.Elastic(table=(200.E9, 0.3), ) # # Create solid sections for the rubber and steel # mdb.modelsModel-1.HomogeneousSolidSection(name=RubberSection, material=Rubber, thickness=1.0) mdb.modelsModel-1.HomogeneousSolidSection(name=SteelSection, material=Steel, thickness=1.0) #- # Partition the part into two regions (rubber and steel regions) ? 切割体形成两个部分，从而可以赋予不同材料属性f, e, d = p.faces, p.edges, p.datums t =p.MakeSketchTransform(sketchPlane=f.findAt(coordinates=(0.043333, 0.001667,0.0),normal=(0.0,0.0,1.0),sketchPlaneSide=SIDE1, origin=(0.033052,0.014514, 0.0) s = mdb.modelsModel-1.ConstrainedSketch(name=_profile_, sheetSize=0.134, gridSpacing=0.003, transform=t) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - g, v, d1, c = s.geometry, s.vertices, s.dimensions, s.constraints s.sketchOptions.setValues(decimalPlaces=3) s.setPrimaryObject(option=SUPERIMPOSE) p.projectReferencesOntoSketch(sketch=s, filter=COPLANAR_EDGES) ? 进入草图，并设置草图属性（图纸大小、网格间距等）s.Line(point1=(0.026948, -0.009514), point2=(-0.03, -0.009514) s.HorizontalConstraint(entity=g.findAt(-0.001526, -0.009514) s.PerpendicularConstraint(entity1=g.findAt(0.026948, -0.012014), entity2=g.findAt(-0.001526, -0.009514) ? 作辅助线， findat（查找）命令很有用，可以用来选择实体pickedFaces = f.findAt(0.043333, 0.001667, 0.0), ) p.PartitionFaceBySketch(faces=pickedFaces, sketch=s) ? 用辅助线分割体s.unsetPrimaryObject() ? 显示分割后体del mdb.modelsModel-1.sketches_profile_ #- # Assign rubber section ? 实体指定不同的材料属性p = mdb.modelsModel-1.partsMount f = p.faces faces = f.findAt(0.042303, 0.006937, 0.0), ) region = regionToolset.Region(faces=faces) p.SectionAssignment(region=region, sectionName=RubberSection, offset=0.0) # # Assign steel section # faces = f.findAt(0.043333, 0.003333, 0.0), ) region = regionToolset.Region(faces=faces) p.SectionAssignment(region=region, sectionName=SteelSection, offset=0.0) a = mdb.modelsModel-1.rootAssembly session.viewportsViewport: 1.setValues(displayedObject=a) # # Set coordinate system (done by default) # a.DatumCsysByDefault(CARTESIAN) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - # # Instance the mount # p = mdb.modelsModel-1.partsMount a.Instance(name=Mount-1, part=p, dependent=ON) # # Create geometry set Middle # e = a.instancesMount-1.edges edges = e.findAt(0.020708, 0.03, 0.0), ) a.Set(edges=edges, name=Middle) ? 通过 findat命令定义了一个edges组“ Middle ”# Create geometry set Out # v = a.instancesMount-1.vertices verts = v.findAt(0.01, 0.0, 0.0), ) a.Set(vertices=verts, name=Out) ? 通过 findat命令定义了一个vertices组“ Out”# Create surface Bottom # s = a.instancesMount-1.edges side1Edges = s.findAt(0.0475, 0.0, 0.0), ) a.Surface(side1Edges=side1Edges, name=Bottom) ? 通过 findat命令定义了一个edges组“ Bottom ”#- # Create a static general step ? 进入 step 模块mdb.modelsModel-1.StaticStep(name=Compress mount, previous=Initial, description=Apply axial pressure load to mount, timePeriod=1, adiabatic=OFF, maxNumInc=100, stabilization=None, timeIncrementationMethod=AUTOMATIC, initialInc=0.01, minInc=1e-05, maxInc=1, matrixSolver=SOLVER_DEFAULT, amplitude=RAMP, extrapolation=LINEAR, fullyPlastic=, nlgeom=ON) ? step 中的一些设置，与cae操作框相对应session.viewportsViewport: 1.assemblyDisplay.setValues( step=Compress mount) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - ? cae中显示 step 模块 Compress mount # # Modify output requests # mdb.modelsModel-1.fieldOutputRequestsF-Output-1.setValues( variables=(S, PE, PEEQ, PEMAG, NE, LE, U, RF, CF, CSTRESS, CDISP) ? 对结果数据输出的一些定义regionDef=a.setsOut mdb.modelsModel-1.HistoryOutputRequest(name=H-Output-1, createStepName=Compress mount, variables=(U1, U2, U3), region=regionDef) session.viewportsViewport: 1.assemblyDisplay.setValues(loads=ON, bcs=ON, predefinedFields=ON) #- # Apply pressure load ? 进入 load 模块region = a.surfacesBottom mdb.modelsModel-1.Pressure(name=Pressure, createStepName=Compress mount, region=region, magnitude=500000.0) ? 通过 bottom 的set 对底边进行加载# Apply symmetry bc to set Middle # region = a.setsMiddle mdb.modelsModel-1.DisplacementBC(name=Symmetry, createStepName=Compress mount, region=region, u2=0.0) ? 对顶面进行约束# Suppress visibility of datum geometry # session.viewportsViewport: 1.assemblyDisplay.geometryOptions.setValues( geometryEdgesInShaded=OFF, datumPoints=OFF, datumAxes=OFF, datumPlanes=OFF,datumCoordSystems=OFF) session.viewportsViewport: 1.assemblyDisplay.setValues(mesh=ON, loads=OFF, bcs=OFF, predefinedFields=OFF) session.viewportsViewport: 1.assemblyDisplay.meshOptions.setValues( meshTechnique=ON) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - p = mdb.modelsModel-1.partsMount session.viewportsViewport: 1.setValues(displayedObject=p) ? mesh 模块的一些显示设置#- # Assign edge seeds ? 进入 mesh 模块p = mdb.modelsModel-1.partsMount e = p.edges pickedEdges = e.findAt(0.0225, 0.005, 0.0), ), (0.0475, 0.0, 0.0), ), (0.020708, 0.03, 0.0), ) p.seedEdgeByNumber(edges=pickedEdges, number=30) pickedEdges = e.findAt(0.053289, 0.023434, 0.0), ), (0.01, 0.01125, 0.0), ) p.seedEdgeByNumber(edges=pickedEdges, number=14) pickedEdges = e.findAt(0.01, 0.00125, 0.0), ), (0.06, 0.00375, 0.0), ) p.seedEdgeByNumber(edges=pickedEdges, number=1) ? 选择边，设置种子数# Use structured meshing # f = p.faces pickedRegions = f p.setMeshControls(regions=pickedRegions, technique=STRUCTURED) ? STRUCTURED划分网格# Assign element type to the rubber # elemType1 = mesh.ElemType(elemCode=CAX4H, elemLibrary=STANDARD) elemType2 = mesh.ElemType(elemCode=CAX3, elemLibrary=STANDARD) faces = f.findAt(0.042303, 0.006937, 0.0), ) pickedRegions =(faces, ) p.setElementType(regions=pickedRegions, elemTypes=(elemType1
