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Python-Matlab联合编程Abaqus高级后处理技术研究

更新时间：2019-12-29 21:33:50 大小：380K 上传用户：songhuahua查看TA发布的资源 标签：python 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

有限元技术的深度应用对通用软件计算结果输出方式的灵活性、定制性提出了更高的要求;针对大型通用有限元软件Abaqus批量输出节点应力较为困难的问题,提出利用Python-Matlab编程定制输出Abaqus节点应力的新方法,分别用Abaqus应力重构计算输出法和Abaqus节点应力内核调用输出法实现了固体火箭发动健康监测所使用的粘接应力传感器节点应力计算值的批量定制输出;结果表明:两种方法正确有效,精度较高,灵活性好,解释性好。


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36 7  
第 卷 第 期  
2015  
7
年 月  
四 川 兵 工 学 报  
  
【
】
doi: 10． 11809 /scbgxb2015． 07． 034  
机械制造与检测技术  
Python-Matlab  
Abaqus  
联合编程  
高级后处理  
技术研究  
，
任海峰 高 鸣  
(
，
海军航空工程学院 山东 烟台  
264001)  
:
、
;
摘要 有限元技术的深度应用对通用软件计算结果输出方式的灵活性 定制性提出了更高的要求 针对大型通用有  
Abaqus ， Python-Matlab Abaqus  
批量输出节点应力较为困难的问题 提出利用 编程定制输出  
限元软件  
节点应力的新方  
，
Abaqus Abaqus  
法 分别用  
粘接应力传感器节点应力计算值的批量定制输出 结果表明 两种方法正确有效 精度较高 灵活性好 解释性好  
;Python-Matlab ; Abaqus  
应力重构计算输出法和  
节点应力内核调用输出法实现了固体火箭发动健康监测所使用的  
;
:
，
，
，
。
:
;
;
;
;
关键词 固体火箭发动机 粘接应力传感器  
编程 批量输出  
高级后处理 重构计算 内核调用  
: ，  
本文引用格式 任海峰 高鸣  
． Python-Matlab  
Abaqus  
［J］． ，2015(7) :133  
高级后处理技术研究 四川兵工学报  
联合编程  
－ 138．  
Citation format:REN Hai-feng，GAO Ming． Research on Abaqus Advanced Post Processing Technology Based on Python-  
Matlab Programming［J］． Journal of Sichuan Ordnance，2015(7) :133 － 138．  
:V435． 1 :A  
:1006 － 0707(2015)07 － 0133 － 06  
文章编号  
中图分类号  
文献标识码  
Research on Abaqus Advanced Post Processing Technology  
Based on Python-Matlab Programming  
REN Hai-feng，GAO Ming  
( Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，China)  
Abstract: The further applications of finite element analysis put forward high request to flexibility and cus-  
tomization mode of result output． For it is difficult to output node stress in batches with Abaqus/CAE，the  
customization output methods were proposed utilizing programs of Python-Matlab by reconfiguration calcula-  
tion and calling kernel of Abaqus． The mass customization output of node stress for the simulation results of  
bond stress sensor using in health monitoring of solid rocket motor were realized by proposed methods． The  
output results indicate that the suggested methods are correct，quite effective，higher precision，good flexi-  
bility and understandability．  
Key words: solid rocket motor; bond stress sensor; Python-Matlab Programming; output in batches; ad-  
vanced post processing of Abaqus; reconfiguration calculation; kernel call  
［1 － 3］  
，
单元应力以分量形式储存在单元积分点 而非节点  
。
有限元方法作为高精度的计算技术在工程中得到了广  
Abaqus、Ansys  
在
，
泛使用 目前  
，
研究中常常需要批量输出节点应力和坐标 以便进行仿真结  
等通用有限元软件已经成为数值  
。
分析的有力工具 但是对有限元结果的深入利用和对软件  
。
，
果的对比分析 此外 一些仿真过程中由于模型的改变 重  
，
。
的二次开发都涉及对计算结果更为灵活的访问和使用 而  
， ，  
新划分网格 导致网格节点和单元的重新排列 网格节点和  
。
这恰恰是大型封装通用有限元软件不足 以  
Abaqus  
，
、 ，  
单元的数目 位置不同 这给仿真结果的分析带来极大不便  
。
为例  
:2014 － 11 － 25  
收稿日期  
:
基金项目 国防预研基金  
(51328050101)  
:
作者简介 任海峰  
(1978—) ， ，  
，
，
;
男 博士研究生 讲师 主要从事火箭发动机健康监测技术研究 通讯作者 高鸣  
:
(1957—) ，  
，
，
，
，
男 教授 博士 博士生导师 主要从事火箭发动机技术研究  
。
134  
http: / /scbg． qks． cqut． edu． cn /  
  
四 川 兵 工 学 报  
Abaqus  
，
提供的节点应力输出方式不适合批量输出 需  
。
，
然而  
确解 由泰勒级数展开式可知 数值计算中积分比微分计算  
精度高［1，6］ 因此  
。
，
，
，Abaqus  
，
中的应力存储在高斯积分点 而不  
要寻求新的解决方案 但由于软件自身的封闭性 多平台交  
［1］。  
，
互的困难性和节点应力计算输出的复杂性 尚未见到介绍  
，
，
因此 要实现  
是节点 节点应力由单元应力插值外推  
Abaqus  
。
Abaqus  
，
高级后处理批量输出节点应力 首先要输出几何集单  
节点应力批量输出的文献  
Abaqus Python  
，
“
、
、
，
，
提供了  
脚本接口 利用被誉为 胶水语  
元应力分量 单元 节点信息 然后采用计算单元应力值 如  
( Mises ) ， ，  
应力 再搜索节点相关单元  
”
言 的  
Python  
、
、
、
，
语言的可扩充性 可移植性 可嵌入性 可解释  
最大主应力 等效应力  
，
性 通过  
Python Abaqus  
编程实现  
，
二次开发 可以实现  
。
利用插值外推求解节点应力 其间不同软件数据格式的要  
Abaqus/CAE  
，
、
，
求不同 需要进行数据格式的转换  
。
数据交互难于实现的问题 例如参数化建模 自  
［2，4］  
、
。
2． 1 Abaqus  
动化分析 智能化后处理和批量化输入输出等  
数据结构  
、
、
本文通过原理分析 变化实现 实例对比为研究者提供  
为了编程实现节点应力的自动输出必须全面掌握  
Python Abaqus  
和
Abaqus  
，
的数据结构 以便实现输出过程  
。Abaqus  
基于  
高级后处理的节点应力批量输出解决  
主要有  
三种对象［1，7 － 10］ 本方法使用  
，
方案 为软件的深度开发利用提供了便捷的技术途径  
。
SESSION，ODB，MDB  
， ODB，  
MDB  
，
二种对象 其数据结构如下  
:
2． 1． 1 Abaqus ODB  
对象数据结构  
1
问题描述  
2
如图 所示  
，ODB  
对象主要对包含计算模型对象数据  
Python  
:Abaqus  
( Model Data)  
( Result Data) ，  
和计算结果数据  
采用  
节点应力重构计算输出法和  
Python  
编程定制输出节点应力有两种方法  
计算模型对象  
Abaqus  
( rootAssenbly) 、  
零件  
( parts) 、 ( sec-  
节点应力内核调用输出  
数据包含装配体  
界面分类  
。
、
、
tionCategories) 、  
材料  
( materials)  
，
法 前者利用  
编程提取几何集单元应力分量 单元  
等子对象 计算结果数据  
( step) 、 ( frame) 、 ( history  
帧 历史变量输出  
，
Excel  
，
Matlab  
steps  
节点信息 利用  
由单元应力向节点应力的插值外推 后者利用  
Abaqus  
处理输出数据格式 利用  
实现  
包含分析步  
。
Python  
outputs)  
( field outputs)  
等
。
编程  
Excel  
和场变量输出  
，
，
:odb． setps［］． frames［］． fieldOutputs［］;  
场变量的读取路径  
自动生成节点列表 并调用  
节点输出内核 用  
，
处理输出数据格式 用  
Matlab  
。
:
—'S';  
—'E'; —'U';  
位移  
实现后处理  
场变量包括 应力分量  
应变  
，
为便于分析对比 本文以固体火箭发动机上使用的微型  
: odb． setps［］． historyRegions［］．  
历史变量的读取路径  
。
粘接应力传感器分析结果的后处理为例进行对比分析 如  
historyOutputs［］  
1
，
E
，
Part － 1， 2． 1． 2 Abaqus MDB  
图 所示 某 型应力传感器膜盒为例 膜盒零件  
对象数据结构  
，MDB  
对象主要对包含计算模型对象数据  
Set-1，( Abaqus\CAE Part  
，Tools  
3
如图 所示  
膜盒底面为几何集  
Set Create Set  
单
→ →  
在
模块  
菜
Set-1 ( type = Geome-  
( Model Data)  
( Job Data) ，  
其中  
model  
，
对象  
定义膜盒底面为  
Job-31． Odb，  
和工作对象数据  
try) ) 。  
odb  
Step-1，  
( parts) 、 ( materials)  
。
等子对象 零件  
( parts)  
子
仿真结果  
文件为  
分析步为  
单
包含零件  
材料  
C3D8R，  
Set-1  
。
( elements) 、  
( sets) ( nodes)  
，
子对象  
元类型为  
要求输出  
所有节点应力  
对象包含单元  
其下又包含编号  
集合  
和节点  
( label) 、  
坐标  
( coordinate) 、  
单元所属节点组  
( connectivity)  
。
等属性  
几何集的读取路径  
mdb． models［］． parts［］． sets［］  
odb． rootAssembly． instances［］． elementSets［］  
:
、
几何集所属单元 节点信息读取路径  
:
:
单元编号  
mdb． models［］． parts［］． sets［］． elements［］． elementLabel  
odb． rootAssembly． instances ［］． elementSets ［］．  
elements［］． elementLabel  
1
E
Set-1  
图
型传感器膜盒及几何集  
示意图  
:
单元所属节点组  
2
Abaqus  
节点应力重构计算输出法  
mdb． models［］． parts［］． sets［］． elements［］． connectivity  
odb． rootAssembly． instances ［］． elementSets ［］．  
elements［］． connectivity  
，
根据有限元的近似解性质 应力和应变近似解一定在精  
，
，
确解上下震荡的 但某些点上的解正好和精确解相等 即最  
:
佳应力点［5］ 根据以应力为自变量的最小位能原理 采用高  
节点坐标  
。
，
mdb． models［］． parts［］． sets［］． nodes［］． coordinates  
，
，
斯数值积分 由高斯积分的性质 可知积分点处为应力的精  

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