轨道交通 | 基于Python 语言ABAQUS二次开发进行弹簧批量建模攻略

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一、为什么要进行弹簧批量建模

当一个公司或者学者从事科研任务时，往往通过有限元进行建模分析，建模的时间通常与工作效率挂钩。例如ABAQUS/CAE建模，想必很多老用户都有某种共同的感受，那就是实体模型并不繁杂，真正繁杂的是一些虚拟连接的建立，例如弹簧、阻尼、连接器之类大规模的建立，往往这些虚拟传力单元的建立决定着建模时间的长或短。

这类现象在很多专业领域都有突显，尤其是在交通领域尤为突出，大批量的建立弹簧连接，往往需要半天甚至更加长的时间，而且使人产生恶心、厌烦、无聊等负面情绪。针对上述存在的问题，笔者痛下决心，基于python语言进行ABAQUS二次开发，旨在解决很大一部分通用弹簧连接的批量建立。

二、通用弹簧模型案例详解

首先，笔者用最简单的模型来演示这个程序的可行性，首先基于ABAQUS建立一个10m×10m×10m的立方块，命名为Part-1如图所示：

其次，将该模型再进行复制一个，命名为Part-2。

模型参数定义为普通钢材。

将模型Part-1、Part-2进行装配，两者之间进行密贴，如图：

分析步设置为静力通用。

将全局网格设置为1，相当于每条边切分出10段，每段1m。

将用户界面打开到Interaction中，将Setsprings的python脚本文件放在工作路径下。

点击File→Run Script，出现界面

选择.py文件

输入第一个部件Part-1，回车

输入第二个部件Part-2，回车

输入用来识别建立弹簧的两点距离临界值，0.1。在这里也可以输入其他的值，但是必须遵循一个原则，输入值必须小于网格长度！

回车

输入每个弹簧的刚度值，弹簧总刚度为30e6N/m,一共有11*11个弹簧，两者之商就是输入值。

输入阻尼值，静力不采用阻尼，因此随意输入一个参数即可。

回车。

我们在记录栏将看到fasteners setup successfully，证明弹簧已经建立好。

效果不是很明显，我们在装配中将上方绿色部件向Y轴正偏移5m，再回到Interaction中可看见。

此时，我们的弹簧已经做好了。

在上方加载30e6的荷载，下方固定。

提交计算。如图所示，模型位移为1m，而之前的总刚度为30e6N/m，荷载大小为30e6N，因此验证成功。

看到这里，是不是觉得还不够诚意？那好接下来我给大家分享一个笔者应用轨道交通扣件批量处理二次开发的案例，希望能够帮助大家学以致用。

三、应用于轨道交通扣件批量建立案例

随着轨道交通的快速发展，越来越多线路选用无砟轨道。对于有砟轨道而言，轨道结构的弹性主要由道砟提供；但对于无砟轨道而言，轨道结构的弹性主要由扣件系统的非金属弹性垫板提供。扣件系统在无砟轨道弹性方面起非常重要的作用。

无砟轨道中，扣件间距一般为0.6m-0.65m之间，这大大增加了有限元工程师们建模的难度。静力学中轨道长度一般在20m左右（三块单元板的长度），共计66个扣件，如果一个扣件做两个弹簧连接点，一共需要连接132点，还是很可观的。如若进行动力学仿真，一般轨道长度都超过了100m，此时的扣件大概在333个左右，要连接666个。上述所说的情况都是建立在弹簧模型简化的基础上，如果一个扣件下需要建立大于2个弹簧连接，此时的工作量将会是成倍的增加。

接下来我们将ABAQUS/CAE批量建立弹簧系统应用于轨道交通专业领域。

建立如图所示的钢轨、轨枕、道床板。