CAE软件操作小百科(64)

史超逸

(同济大学 应用力学所,上海 200092)

1 Abaqus二次开发及其优势

Abaqus二次开发是在有限元软件Abaqus基础上,通过脚本编程或使用提供的二次开发接口进行功能扩展和定制化开发。用户可用Python或Fortran等语言编写脚本,实现自动建模、定制边界条件和材料模型等功能。利用Python进行二次开发具有优势,与GUI建模和INP文件建模相比,Python脚本可实现自动化、参数化建模,提高模型创建的可重复性,同时代码简洁、易读,具有灵活性和动态性。Python建模还具备独立性和可移植性,可为用户提供更高效的异常处理机制,有助于提高代码的重用性和调试效率。Abaqus的软件结构见图1。

2 Abaqus脚本接口简介

Abaqus脚本接口是一个强大的工具,能够通过Python语言编程实现Abaqus/CAE中的全部功能,包括模型属性的创建和修改、作业分析的提交与修改,以及分析结果的查看等。所有指令经过Python解释器后生成rpy文件,并在Abaqus/CAE中转化为INP文件,通过隐式或显式求解器进行分析,最终生成ODB文件供后处理使用。该接口语法与Python相同,但引入了核心模块,并扩展了多种数据类型,如符号常数、库、数组、布尔类型和序列等。符号常数用于表示方法中的自变量或对象的成员值,库则是特定类型对象的容器,例如部件库和材料库。通过软件自带的学习工具AbaqusScriptingReferenceManual可获得更详细的信息。

3 Abaqus二次开发学习工具

学习Abaqus二次开发要熟悉Abaqus操作和基本的Python语言。比较Abaqus/CAE操作和Abaqus.rpy文件中的Python代码的学习方式,能帮助初学者逐步理解各命令用法、快速上手,可以利用2个重要工具PythonReader.exe和AbaqusScriptingReferenceManual。由焦中良博士开发的PythonReader.exe可实时记录Abaqus/CAE操作对应的脚本命令,提供警告和错误信息,方便学习者实时复制粘贴,实现参数化分析,避免重复建模。AbaqusScriptingReferenceManual是Abaqus官方手册,详细介绍Abaqus对象模型的Python命令,包括脚本基础、模型创建、分析控制和后处理等,提供实用示例,帮助更灵活地应对有限元分析任务。结合这2个工具,初学者能更高效地掌握Abaqus二次开发技能。

4 案例实操

从细观尺度建模,探究骨料颗粒级配对于颗粒增强复合材料压缩性能的影响,模型指标为等效弹性模量。等效弹性模量是多相复合材料力学性能的基本指标,是工程材料重要的性能参数,是衡量物体抵抗弹性变形能力的尺度。材料弹性模量越大,发生一定弹性变形所需要的应力也越大,材料的抗变形能力就越高,材料性能也相对稳定。本案例演示性分析颗粒增强复合材料的等效弹性模量,难点在于随机分布的骨料颗粒的模型建立,此处利用Python脚本实现。

利用Python编写前处理建模脚本

第一步:导入必要的函数包,命令见图2。

图2 导入必要的函数包命令

第二步:设置保存路径,命令见图3。

图3 设置保存路径命令

第三步:利用Python语言实现骨料颗粒的创建,命令见图4～9。

图 4 定义防止圆形骨科颗粒干涉的判断函数

图 5 生成不同半径对应数量的圆形骨料颗粒的圆心位置信息

图 6 创建圆形骨料颗粒部件

图 7 创建矩形截面

图 8 创建实例

图 9 生成骨料颗粒

生成的颗粒增强复合材料的骨料颗粒和基体部件模型示意见图10。

(a)骨料颗粒

第四步:利用Python语言设置材料属性,命令见图11,设置窗口见图12。

图11 设置材料属性命令

图12 利用Python语言生成的骨料颗粒材料属性设置窗口

在上述案例中,Abaqus利用Python语言实现复杂图形的自动化建模和定制材料属性功能,可以感受到二次开发对提高效率、定制化功能、参数化建模等的巨大优势。基于Python语言的Abaqus二次开发还不止于此,Abaqus工作全流程自动化都可以实现,如创建加载、边界条件、提交分、后处理等,有待进一步研究学习。

(摘自同济大学郑百林教授《CAE操作技能与实践》课堂讲义)