【ABAQUS脚本自动化】：高级脚本编写与模拟流程优化


参考资源链接：[ABAQUS 2016分析用户手册：卷II](https://wenku.csdn.net/doc/6412b701be7fbd1778d48c01?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. ABAQUS脚本自动化基础

在现代工程仿真中，自动化脚本的编写和应用已成为提高效率和准确性的重要手段。本章将为您介绍ABAQUS脚本自动化技术的基础知识，包括脚本自动化的必要性、基本概念以及如何开始编写您的第一个脚本。

## 1.1 脚本自动化的重要性

在进行复杂、重复性的仿真任务时，手动操作不仅耗时且易出错。ABAQUS脚本自动化可以有效解决这一问题，它允许工程师通过编写程序来控制模拟过程，从而实现更高的效率、准确性和重复性。脚本自动化不仅可以缩短项目周期，还可以提升结果的可信度。

## 1.2 ABAQUS脚本基础

ABAQUS脚本是一种特殊的Python代码，它允许用户以编程的方式控制ABAQUS/CAE的所有功能。基础脚本通常涉及模型的创建、载荷和边界条件的定义、网格划分以及提交分析等。对于初学者来说，理解脚本的基本格式和类型至关重要。

## 1.3 开始编写您的第一个脚本

编写ABAQUS脚本的第一步是熟悉其基础语法和结构。例如，每个脚本通常以`from abaqus import *`开始，这一行代码用于导入ABAQUS环境中所有可用的功能。随后，您可以定义变量、函数和执行具体的仿真任务。以下是一个简单的示例：

from abaqus import *
from abaqusConstants import *
import regionToolset

# 创建模型
myModel = mdb.Model(name='MyModel')

# 定义材料、截面等...
# ...

# 创建部件、装配、分析步骤等...
# ...

# 提交作业进行分析
myJob = mdb.Job(name='MyJob', model='MyModel', description='My first automated script')
myJob.submit()
myJob.waitForCompletion()

在后续章节中，我们将深入探讨脚本的语法、结构以及如何优化您的脚本以适应更复杂的模拟任务。

# 2. ABAQUS脚本编写基础

## 2.1 ABAQUS脚本语法与结构
### 2.1.1 脚本的基本格式和类型

ABAQUS脚本是一种用于自动化执行ABAQUS软件操作的脚本语言，它基于Python语言开发，允许用户编写程序来控制ABAQUS的模拟流程，包括模型的创建、分析的执行以及结果的处理等。在编写脚本之前，理解其基本格式和类型是至关重要的。

一个典型的ABAQUS脚本包含以下几个基本元素：

1. 模块导入：脚本开始时通常需要导入ABAQUS所需的标准Python模块以及其他ABAQUS专用模块。
2. 函数定义：使用Python的函数定义语法来创建自定义脚本命令。
3. 类定义：在更复杂的应用场景中，可能会使用到类（class）来组织和管理相关的数据和行为。
4. 脚本执行逻辑：包括循环、条件判断、异常处理等Python控制流语句。

类型上，ABAQUS脚本可以大致分为以下几种：

- 模型脚本：用于创建和修改模型的脚本，例如定义几何形状、材料属性、截面属性等。
- 作业脚本：用于定义分析作业和执行分析的脚本，例如指定分析步骤、边界条件、载荷等。
- 结果脚本：用于处理和提取模拟结果的脚本，例如提取应力应变数据、生成结果报告等。

ABAQUS脚本通常保存为`.py`文件，并在ABAQUS的命令行界面（CLI）中通过`abaqus cae noGUI=your_script.py`的方式执行。

### 2.1.2 脚本中变量的使用与管理

在脚本中合理使用变量，可以提高代码的可读性和可维护性。变量允许存储重复使用的值，如几何尺寸、材料属性和分析参数等。

变量命名应该遵循Python的命名规范，通常为小写字母和下划线组合，例如`width`, `young_modulus`。在定义变量时，需要根据其用途选择合适的变量类型，如整数、浮点数、字符串或布尔值。例如：

length = 100.0  # 浮点数，用于存储长度
width = 100.0   # 浮点数，用于存储宽度
material_density = 7.85e-9  # 浮点数，用于存储材料密度
is_symmetric = True  # 布尔值，用于表示模型是否对称

在管理变量时，特别需要注意以下几点：

- 变量命名应具有描述性，避免与内置名称或常用函数名冲突。
- 考虑变量的作用域，局部变量和全局变量应该有所区分。
- 使用变量时，要注意数据类型的一致性，避免类型错误。
- 变量的初始化位置应合理，过早或过晚都可能导致错误或效率低下。

下面是一个简单的ABAQUS脚本中变量使用示例，该脚本创建了一个简单的二维矩形几何模型：

from abaqus import *
from abaqusConstants import *
import regionToolset

# 定义变量
length = 100.0
width = 50.0
model_name = 'Plate'

# 创建模型
mdb.models.changeKey(fromName='Model-1', toName=model_name)
plate = mdb.models[model_name].ConstrainedSketch(name='plate_sketch', sheetSize=200.0)
plate.rectangle(point1=(0.0, 0.0), point2=(length, width))

# 创建零件
part = mdb.models[model_name].Part(name='plate', dimensionality=TWO_D_PLANAR, type=DEFORMABLE_BODY)
part.BaseShell(sketch=plate)

# 创建材料和截面
material = mdb.models[model_name].Material(name='steel')
material.Elastic(table=((210000.0, 0.3), ))
section = mdb.models[model_name].HomogeneousShellSection(name='plate_section', material='steel', thickness=1.0)

# 分配截面到零件
part.SectionAssignment(region=(part.cells,), sectionName='plate_section', offsetType=MIDDLE, offset=0.0)

# 创建分析作业
job_name = 'plate_job'
mdb.Job(name=job_name, model=model_name, description='Plate analysis')

在该脚本中，通过定义几何尺寸、模型名称、材料属性、截面属性等变量，提高了脚本的清晰度和易管理性。这些变量的合理使用，为脚本的维护和未来可能的修改提供了便利。

# 3. ABAQUS模拟流程的自动化

## 3.1 模型建立的自动化
### 3.1.1 参数化建模的实现步骤
实现模型建立的自动化是通过参数化建模来完成的，这种方法通过使用变量来定义模型的几何形状、材料属性、边界条件等，从而使得模型能够根据不同的参数变化进行快速调整和更新。在ABAQUS中，可以利用脚本来实现参数化建模，主要步骤包括：

1. **定义参数**：首先需要定义模型的各个参数，如尺寸、材料属性等。
2. **创建几何形状**：利用定义的参数构建几何模型，可以使用ABAQUS的几何建模命令，如`importgeom`导入外部几何数据。
3. **材料和截面属性**：通过脚本设置材料属性和截面属性，例如通过`material`命令设置材料类型，使用`section`命令定义截面。
4. **实例化和装配**：如果模型由多个部分组成，需要实例化并装配这些部分。
5. **网格划分**：设置网格划分的相关参数，如元素类型、网格大小，并执行网格划分命令。
6. **模型验证**：运行脚本前进行验证，确保参数化模型的正确性和合理性。
7. **执行脚本**：最后运行脚本进行模型的自动化建立。

# 示例代码段：参数化建模的简化脚本
# 定义模型尺寸参数
length = 100.0
width = 50.0

# 创建几何形状
session.journalOptions.setValues(replayGeometry=False)
a = mdb.models['Model-1'].ConstrainedSketch(name='__profile__', sheetSize=200.0)
a.rect(point1=(0.0, 0.0), point2=(length, width))

# 转换为部件
part = mdb.models['Model-1'].Part(name='Part-1', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)
part.BaseSolidExtrude(sketch=a, depth=length)

# 定义材料和截面属性
mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel')
mdb.models['Model-1'].HomogeneousSolidSection(name='Section-1', material='Steel', thickness=None)
part.SectionAssignment(region=part.cells, sectionName='Section-1')

# 网格划分
part.seedPart(size=length/10.0, deviationFactor=0.1, minSizeFactor=0.1)
part.generateMesh()

### 3.1.2 复杂模型结构的自动化创建
在实际工程应用中，往往需要构建复杂的三维模型结构，这些结构可能包括多种不同的几何形状和连接方式。为了实现复杂模型结构的自动化创建，脚本编写需要遵循以下几个关键步骤：

1. **分析结构**：彻底分析模型结构，理解模型的不同组成部分之间的关系。
2. **脚本模块化**：将建模过程划分为多个模块，例如创建部件、定义属性、装配等，每个模块编写一个脚本函数。
3. **组件化设计**：通过组件化的设计思路，实现对复杂模型的各个独立部分的参数化。
4. **关联关系管理**：管理好模型内部各个部件之间的关联关系，例如约束条件、装配关系等。
5. **实例化技术**：使用实例化技术来复制和管理重复的结构，减少重复性工作。
6. **利用ABAQUS高级功能**：如使用“Instance”进行部件的实例化，利用“Assembly”模块进行部件的装配。

# 示例代码段：创建复杂模型结构的简化脚本
def create_complex_model(model_name):
    model = mdb.models[model_name]
    # 创建部件函数
    def create_part(part_name, sketch):
        p = model.Part(name=part_name, dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)
        p.BaseSolidExtrude(sketch=sketch, depth=length)
        return p

    # 装配部件函数
    def assemble_part(part):
        # 这里可以根据实际情况编写装配逻辑