太棒了！《Abaqus二次开发：内核与GUI应用实例详解》免费赠送
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
一、写在文前
3月14日，我收到了仿真秀专栏作者陈开伟老师编著，机械工业出版社发行的专业图书《Abaqus二次开发：内核与GUI应用实例详解》，非常欣喜。该书籍得到了SIMULINA仿真技术总监白锐和Abaqus应用专家/仿真秀优秀讲师曹金凤和江丙云博士的作序推荐。
该书涵盖了Abaqus内核与GUI二次开发的各个方面。内核开发部分包括Abaqus内核的基本结构、数据类型、函数接口以及常用命令等内容，通过不同复杂程度的实例演示了如何使用 Abaqus内核脚本开发实现功能扩展。GUI开发部分包括AbaqusCU的基础知识、控件、布局、模式和关键字等内容，也给出众多实例教给读者如何使用AbaqusCUIToolkit 定制插件界面和主窗口界面。本书提供了大量实例源代码和示例代码，带领读者更加深入地了解 Abaqus的二次开发过程和实现方法。同时，书中也注重帮助读者养成良好的规范化编程习惯，以提高代码的可读性和可移植性。
经作者授权同意，我把该书第四章《实例：批量化施加螺栓力》全部内容分享到这里，让读者朋友亲身感受：本书不仅是一本关于Abaqus二次开发的实用指南，对读者来说更是不可多得的学习宝典。欢迎订阅和分享，以下是正文：
二、实例介绍
本章介绍一个批量施加螺栓力的前处理内核脚本，它能够对装配体中所有的螺栓一键施加螺栓力载荷。演示模型如图4-1所示，装配体中有四个螺栓，它们的位置和方向都不同。两个较细的螺栓来自一个螺栓部件实例，另外两个较粗的来自另一个部件。模型文件保存为chapter 4\4 bolts.cae，版本是Abaqus 2017，脚本AutoBoltLoad.py也一并保存在该目录中。
打开模型，运行脚本AutoBoltLoad.py。切换到Load模块，可以看到这四个螺栓都加载了螺栓力载荷，如图4-2所示。
该脚本是个相对通用的程序，从整体来看，实现过程分为两个部分：对部件操作和对装配体操作。之所以要在部件中切割，是因为装配体中的螺栓方向和位置都不相同，不容易精确把控，而在部件则相对容易很多。而螺栓力的施加只能在装配状态中进行，包括获取切割面和基准轴，所以这部分要在遍历所有部件实例时进行。
图4-1未施加螺栓力的装配体
图4-2 施加螺栓力的装配体
三、脚本代码
AutoBoltLoad.py
1 #-*-coding:utf-8-*-2 '''此脚本用于批量施加螺栓力荷载'''3 fromabaqus import *4 from abaqusConstants import *5 from caeModules import *67 def displayDatum(flag):8 '''设置是否显示基准'''9 vp= session.viewports[session.currentViewportName]10 if flag == 'on':11 vp.assemblyDisplay.geometryOptions.setValues(datumPointLabels=ON,\12 datumAxes=ON, datumPoints=ON)13 if flag == 'off':14 vp.assemblyDisplay.geometryOptions.setValues(datumPointLabels=OFF,\15 datumAxes=OFF, datumPoints=OFF)1617 def bolt(boltIns):18 '''遍历螺栓部件实例，获得螺栓部件列表'''19 boltPart= []20 for bolt in boltIns:21 # 通过部件实例得到部件，并形成列表22 if bolt.part not in boltPart:23 boltPart.append(bolt.part)24 # 若部件为Lock状态，则解锁25 if bolt.part.isLocked() == 1:26 bolt.part.Unlock(reportWarnings=False)27 # 返回部件列表28 return boltPart2930 def cutBolt(bolts):31 '''在螺栓部件的中心位置切割螺栓'''32 # 遍历全部螺栓部件33 for bolt in bolts:34 # 删除已有基准35 fts= bolt.features36 for ft in fts.keys():37 # 判断特征关键字的前5个字符是否为'Datum'，符合则删除该特征38 if ft[:5] =='Datum':39 bolt.deleteFeatures((ft, ))40 bolt.regenerate()41 # 获取螺栓实体BoundingBox的中心点坐标42 c = bolt.cells43 coor= c.getBoundingBox()44 coorX= (coor['high'][0] + coor['low'][0])/ 245 coorY= (coor['high'][1] + coor['low'][1])/ 246 coorZ= (coor['high'][2] + coor['low'][2])/ 247 # 在中心点处创建基准点48 datumPoint= bolt.DatumPointByCoordinate(coords = (coorX,coorY,coorZ))49 # 在中心点处以Y轴创建基准轴50 datumAxisPart= bolt.DatumAxisByPrincipalAxis(principalAxis =YAXIS)51 # 在中心点处垂直于基准轴切割螺栓52 d = bolt.datums53 bolt.PartitionCellByPlanePointNormal(cells= c, point = d[datumPoint.id], \54 normal= d[datumAxisPart.id])5556 def getLoadFace(oneIns):57 '''利用基准点获取螺栓力加载截面'''58 ds = oneIns.datums59 for d in ds.values():60 # 属性数量为1的是基准点，属性数量为2的是基准轴61 if len(d.__members__) ==1:62 # 获取基准点的坐标，以元组的形式赋值给coor63 coor = d.pointOn64 # 使用findAt()查找切面65 fs = oneIns.faces66 f1 = fs.findAt((coor,),)67 # 为切面创建Region对象，并返回68 region = regionToolset.Region(side1Faces=f1)69 return region7071 def getAxis(oneIns):72 '''在基准中获取螺栓基准轴'''73 ds = oneIns.datums74 # 基准轴才有属性direction75 for d in ds.values():76 if hasattr(d,'direction'):77 datumAxisIns = d78 # 返回基准轴79 return datumAxisIns8081 if __name__ == '__main__':82 '''主程序'''83 # 通用代码，获取一系列视口和模型对象84 vpName= session.currentViewportName85 vp = session.viewports[vpName]86 modelName= session.sessionState[vpName]['modelName']87 m = mdb.models[modelName]88 a = m.rootAssembly89 ins = a.instances90 stps= m.steps9192 insList= []93 # 将所有部件实例并入列表insList中94 for i in ins.values():95 insList.append(i)96 # 如果部件实例列表为空，弹出警告对话框97 if insList== []:98 getWarningReply(message='当前模型中没有部件实例', buttons= (YES, NO))99 # 如果没有分析步，弹出警告对话框。有分析步则获取名称100 if len(stps)== 1:101 getWarningReply(message='当前模型中没有分析步', buttons = (YES, NO))102 else:103 stepName= stps.keys()[1]104 # 如果装配体处于Lock状态，解锁105 if a.isLocked== 1:106 a.unlock()107108 # 获取螺栓部件109 boltPart= bolt(insList)110 # 切割螺栓部件111 cutBolt(boltPart)112 # 重新生成模型113 try:114 a.regenerate()115 except BaseException:116 a.restore()117118 i = 1119 # 遍历所有螺栓部件实例120 for eachInsin insList:121 # 获取切割面和基准轴122 region = getLoadFace(eachIns)123 datumAxisIns= getAxis(eachIns)124 # 施加螺栓力125 m.BoltLoad(name='boltLoad-' + str(i), createStepName=stepName, region=region,126 magnitude=1450, boltMethod=APPLY_FORCE, datumAxis=datumAxisIns)127 i += 1128 # 关闭基准显示129 displayDatum('off')
四、脚本要点
如果想实现的目标需要由几个步骤配合才能完成，可以在编写脚本之前先将过程梳理清楚。具体来说，本脚本的流程主要有以下四个步骤：
第四步：施加螺栓力载荷。
前三个步骤以自定义函数实现。第一步，获取所有螺栓部件，此功能由函数bolt()实现。函数体中遍历所有部件实例，第23行由部件实例反向获取部件，将它们添加到一个列表中，列表在第28行由return语句返回。由于要对模型进行操作，如果部件处于Lock状态，需要通过第26行解锁。
第二步，切割螺栓，该功能由cutBolt()完成。函数以上一步返回的部件列表为参数，对它进行遍历。为防止误操作，首先在第39行删除已有的基准。接着用getBoundingBox()获取边界坐标，尽管装配体中螺栓摆放的位置和方向都不一样，但它们都由Abaqus创建，作为部件，它们的方向是一致的，因此边界坐标具有规律性。第44行~第46行，获取部件中心点处的坐标，第48行在中心点处创建一个基准点。通过该基准点和Y方向基准轴，第53行~第54行将螺栓实体切割，以便施加螺栓力。
前两步是对部件进行操作，后两步则是对部件实例进行处理。
第三步，由getLoadFace()提取切割产生的载荷面。函数体中，利用部件实例中基准属性的数量来获取切割面，如果基准属性的数量为1，表示只有一个pointOn属性，且该pointOn即为上一步在中心位置创建的基准点，第63行获取该点的坐标。目前切割面已经存在，第66行利用findAt()即可获取此切割面，将它创建为Region对象后，以return语句返回。
到目前为止，施加螺栓力还缺基准轴对象，该基准轴不是部件中的基准轴，而是部件实例中的基准轴。函数getAxis()可以获取螺栓基准轴，函数体中第76行通过hasattr()判断基准对象中是否包含属性direction，direction即为基准轴。如包含，则获取它，并以return语句返回。
第四步，施加螺栓力载荷。这个功能由Abaqus自带的BoltLoad()完成。主程序中第120行对所有的部件实例做遍历，第122行~第123行获取切割面和基准轴后，第125行~第126行用BoltLoad()即可对螺栓实例施加螺栓力载荷，此处的载荷值统一设为1450N，也可以使用if语句，判断螺栓的规格，施加不同的载荷值。
作为一个较为完善的脚本，除了实现主体功能，还需要考虑到其他情况，比如模型中不存在部件实例、没有创建分析步和模型处于Lock状态等，出现这些问题都会直接终止脚本的运行。因此，需要提前做出防范语句，脚本中第97行~第106行，使用if语句做判断，如果出现问题，可以用getWarningReply()弹出警告对话框，提示相应的错误信息。此外，还要考虑重复执行脚本可能会出现的问题，这些代码可以在完成主体结构后再编写。
脚本的操作对象为所有装配件。如果装配体中包含其他非螺栓部件，需要修改第92行~第95行，将螺栓部件实例的名称添加到列表insList中。这是纯内核脚本的局限之处，如果内核脚本与GUI搭配使用，可以通过光标选择螺栓，这样能避免手动修改内核脚本，使用起来更加友好。
编写较长或较为复杂的脚本时，可以适当使用多个def函数。函数可以将具有独立功能的代码段封装起来，方便调用和管理，本脚本定义了5个函数。通过自定义函数，可以将大段代码分解成若干个小的、可重用的模块，既可以避免重复编写相似的代码，还能提高代码的可读性和可维护性，使程序更加简洁。在编写自定义函数时，需要注意以下几点。
4）函数应有清晰简明的注释，以方便后期维护或其他开发人员的理解。
各个函数编写完成后，将它们以一定的顺序组合起来，放在主程序中，从而完成整个流程。
五、写在最后
本章介绍了一个批量施加螺栓力的前处理内核脚本。演示的装配体中，螺栓的规格并不一致，各个螺栓的摆放位置和方向也不一样。脚本先通过部件实例获取螺栓的部件，对各部件进行遍历，自动获取螺栓实体的中心点，切割螺栓实体，再在部件实例中获取切割面和基准轴，从而施加螺栓力。此外，脚本中还加入了一些防错语句，对可能出现的问题做出提示。
