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基于ABAQUS-Python低碳钢实验可视化分析及二次开发
资料介绍
基 金】 福建江夏学院2018年大学生创新创业训练计划校级项目(201813763170) 福建江夏学院2017年校级重点资助教育教学改革项目(J2017A009)
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Value Engineering
基于 ABAQUS-Python 低碳钢实验可视化分析
及二次开发
Visualization Analysis and Secondary Development of Low Carbon Steel Experiment
Based on ABAQUS-Python
郑烨
；王铎
；张林怡
；
ZHENG Ye
谢雅芳
WANG Duo
ZHANG Lin-yi
；黄珠琼
XIE Ya-fang
HUANG Zhu-qiong
（福建江夏学院工程学院，福州 350ꢄ08）
（College of Engineering，Fujian Jiangxia University，Fuzhou 350ꢄ08，China）
摘要：
低碳钢拉伸力学性能实验对于研究低碳钢一维轴向受力特性具有重要意义，但采用 ꢀBꢀQUS 软件模拟分析实现低碳钢整
体实验过程鲜有报道。本文采用将 ꢀBꢀQUS 分析和 Python 二次开发应用在该力学实验中，模拟分析低碳钢构件拉伸及断裂的完整过
程，并通过在运行脚本中重新编写代码，实现 ꢀBꢀQUS 软件模拟低碳钢拉伸断裂的过程，同时为相关研究提供一定借鉴。
Abstract: Tensile mechanical properties of low carbon steel are of great significance to the study of one -dimensional axial stress
characteristics of low carbon steel, but the whole experimental process of low carbon steel using ꢀBꢀQUS software is rarely reported. In this
paper, ꢀBꢀQUS analysis and Python secondary development are applied in the mechanical experiment to simulate and analyze the whole
process of tensile and fracture of low-carbon steel components. By re-writing the code in the running script, ꢀBꢀQUS software is realized to
simulate the process of tensile and fracture of low-carbon steel. ꢀt the same time, some references are provided for relevant research.
关键词：
低碳钢；ꢀBꢀQUS；Python
Key words: low carbon steel；ꢀBꢀQUS；Python
中图分类号：
文献标识码：
文章编号：
ꢄ00ꢆ-43ꢄꢄ（ꢅ0ꢄ9）ꢄ3-0ꢄ43-04
O34ꢆ.5
ꢀ
引言
0
建 ， 完 成 所 提 交 的 计 算 任 务 。 计 算 完 成 后 ， 进 入
[2]
低碳钢拉伸实验是研究低碳钢力学性的有效手段，通 Visualization 模块进行结果分析和处理 。
过该实验可以深入了解低碳钢的屈服强度、极限强度、伸
Python 是一个独立的程序语言，其语法简洁清晰。
长率和收缩率。在该实验中，构件在一维情况下承受大小 ꢀBꢀQUS/CꢀE 采用 Python 作为脚本语言，当用户打开
相等、方向相反、共同作用在构件轴线上的两个外力，分析 ꢀBꢀQUS/CꢀE 时，会自动实时产生一个 replay 文件（扩展
[1]
构件的力学性能和相应指标 。在该实验分析研究过程中， 名为.rpy），里面记录每一步的操作。当用户保存 ꢀBꢀQUSꢁ
采用软件模拟分析同样具有非常重要的现实意义。通过软 CAE 模型时，会产生一个 journal file（扩展名为.jnl）文件，
件分析研究可以了解构件在实验过程中低碳钢构件各个 里面是生成 CAE 模型所需要的 Python 脚本代码。Journal
部位的受力情况及应力分布状态，实时了解其相关内容。 file 文件清晰明了，可以作为蓝本进行 Python 脚本程序开
但采用 ABAQUS 软件模拟分析低碳钢拉伸整体实验过程 发。ABAQUSꢂPython 有着巨大的潜力，使用 Python 脚本不
的文献鲜有报道。本文采用 ꢀBꢀQUS 有限元软件模拟低 但可以减少很多 ꢀBꢀQUS/CꢀE 前后处理的重复工作，大
碳钢拉伸实验，运用 Python 程序语言在运行脚本中重新 大提高效益，更重要的是还可以程序化实现原本手动不可
[3]
编写代码进行二次修正，实现 ꢀBꢀQUS 软件模拟分析低 能做的工作 。
应用实例
2
碳钢构件拉伸及断裂的完整过程。
、 简介
1 ABAQUS Python
拉伸试验采用国家标准：GB/Tꢃ28-ꢃ0ꢄ0《金属材料室
ꢀBꢀQUS 是全球最优秀的大型通用有限元软件，具有 温拉伸试验方法》，试验采用低碳钢标准试件，试验设备为
卓越的非线性分析功能。ꢀBꢀQUS/CꢀE 基于现代 CAD 理 电子万能试验机（型号 WDW-ꢄ00M）。材料参数为：弹性模
3
念和 Feature 建模概念，采用 Part 生成 ꢀssembly，可以高效 量 E=ꢅ.55MPa，泊松比 ν=0.3，密度 ρ=7800kgꢂm ，构件端面
实现几何模型构建并生成有限元网络。ꢀBꢀQUS/CꢀE 可 位移 8mm。
将生成的模型在后台生成 input file，并提交给 ꢀBꢀQUS/
Standard 或 ꢀBꢀQUS/Explicit 求解器。进入 Job 功能模块
2.1 建模
启动 ꢀBꢀQUS 后，在环境栏中点选 Part 模块，再工具
后，将主要用于分析作业和网格自适应过程的管理和创 箱区中点选 Create Part 工具，创建模型。（图 ꢄ）
——
—————————————————————
2.2 受外载荷设置
基金项目：
福建江夏学院 ꢅ0ꢄ8 年大学生创新创业训练计划校级
项目（ꢅ0ꢄ8ꢄ3763ꢄ70）；福建江夏学院 ꢅ0ꢄ7 年校级重点
资助教育教学改革项目（项目编号：Jꢅ0ꢄ7ꢀ009）。
郑烨（ꢄ998-），女，福建龙岩人，本科，研究方向为工程
管理；王铎（通讯作者）（ꢄ978-），男，吉林长春人，讲
师，硕士，研究方向为工业工程及工程材料。
单击鼠标左键，点击“边界条件管理器”，在弹出的“创
建边界条件”对话框中点击“力学”，在可选分析步中，选择
“位移ꢂ转角”，左键单击“继续”按钮；在试图区选择要加载
的边，点击“完成”。在弹出的对话框“编辑边载荷”中选择
“分布”。在画布窗口选择构件左右两个端面进行设置。在
作者简介：
·1ꢀꢀ·
价值工程
检查中包括几何偏心因子、边短于、边长于、增量步小于
等；在分析检查中包括警告与错误。设定检查范围完成后
单击“高亮”按钮开始检查。检查结果显式单元格数 761，
分析错误：0（0%），分析警告：0（0%）。若检查结果出现非
零值时，应对网格重新划分或细化调整，直至检查结果显
示为零时，方可点选下一模块进入作业分析。
图
低碳钢构件截面图
1
“U2”中输入位移大小 8mm，完成载荷设定。
2.3 布置网格划分
2.5 Job 分析设置
点选“环境栏”中的“作业”进入作业分析模块。点选
“作业管理器”对话框，并单击“创建作业”按钮，在弹出的
作业创建对话框中输入设置参数，点击“提交”按钮完成作
业设置并进入分析状态。在“作业管理器”中点选“监控”按
钮，可以实时观测分析进程，待“分析步”结果显示“1”时，
完成分析。点击“结果”按钮，进入后处理模块。
2.6 后处理模块显示
在构件各个边上布置相应的“种子数”，编辑“指派
单元类型”和“指派网格控制属性”两个模块中的相关内
容，布置完毕点击鼠标左键创建网格。网格的疏密程度
影响其后续的 Job 分析时间，对电脑主机的处理能力要
求十分高，选择适当的划分密度尤为重要。本实验采用
CAX4R。
在有限元分析的后处理模块中提供了大量可视化分
[4]
析结果。可以在输出数据中获得想要的各种结果信息 。可
视化分析中包括各种云图的观测，X-Y 数据图表显示等，
可以获取到的信息结果包括变形、应力、应变、位移、矢量/
张量、材料方向、动画等。从应力云图（如图 3 所示）中显示
结果看出，低碳钢试件在等比例阶段，中间部位应力最大，
应力在变截面处向左右两侧逐渐减小。变形向量图中（如
图 ꢀ 所示），线的箭头方向表示矢量实际方向，红色线区域
表示应力较大的位置。低碳钢进入局部变形阶段（如图 5
所示），云图中显示当出现颈缩现象时，颈缩部位受到应力
集中的作用，应力出现极值。但由于塑性设置，没有出现断
图
构件网格划分
2
2.4 网格布置质量检查
对布置好的网格进行相应的质量检查，可以确保在求
解分析过程中不发生中断现象，并且结果会更加精确可
靠。其检查内容包括三个方面，形状检查、尺寸检查和分析
检查。如在形状检查中包括形状因子、三面转角等；在尺寸
图
低碳钢拉伸等比例阶段应力云图
3
图
低碳钢变形向量图
4
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