利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息

一个金属长方体,我们需要对其做拉伸的加载约束示意图如图1,并在完成后采用Python命令流读取参考点的位移、体积、应变随加载时间的变化情况。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图1

                                                 图1 金属长方体约束加载示意图 

01

Python库导入声明

对于图上的命令流,我们分为几部分拆开研究,首先是下面第一部分需要在Abaqus导入相关Python库的代码,比如matplotlib库、numpy库、xlwt库和math库。

#! /user/bin/python
# -*- coding:UTF-8 -*-
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from visualization import *
from odbAccess import *
import xlwt
import math
  • 第3行导入Python经常用于绘图的matplotlib库;

  • 第4行导入Python处理数组矩阵的numpy库;

  • 第5行和第6行用于导入Abaqus的后处理功能,即visualization和odbAccess;

  • 第7行用于导入Python与excel进行交互的xlwt库;

  • 第8行用于导入Python的math库。

在利用Python生成excel数据之前,先采用一个getInputs函数(代码如下)生成图2所示的对话框与用户进行交互,需要用户在在其中输入模型的名字(model name),部件例子的名字(instance name)以及后处理odb的名字(odbname)。这样做有个好处,每次都可以根据不同模型、不同部件实例和相应的后处理odb名字进行相应结果提取。

modelName,instanceName,odbname= getInputs( 
 fields=(('Model Name:', 'Test'),('Instance Name:', 'Part-2-1'),('odbname:', 'TEST.odb')), 
  label='Enter information',  dialogTitle='Enter information.')

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图2利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图3

                                                    图2 getInputs函数生成的对话框

02

计算初始边长

在计算体积和各边应变之前,需要计算长方体不同边长即长、宽、高的初始长度。代码如下:

node = mdb.models[modelName].rootAssembly.instances[instanceName].nodes
Xmin = 9999
Xmax = -9999
Ymin = 9999
Ymax = -9999
Zmin = 9999
Zmax = -9999
for i in range(len(node)):  
   x = node[i].coordinates[0]
   
   y = node[i].coordinates[1]
   
   z = node[i].coordinates[2]
   
   if Xmin > x:
       
       Xmin = x
   
   elif Xmax < x:
        
        Xmax = x
            
   if Ymin > y:
       
       Ymin = y
   
   elif Ymax < y:
        
        Ymax = y
            
   if Zmin > z:
       
       Zmin = z
       
       continue
   
   if Zmax < z:
       
       Zmax = z
       
       continue

print 'Xmin,Xmax,Ymin,Ymax,Zmin,Zmax=',(Xmin, Xmax, Ymin, Ymax, Zmin, Zmax)
CubeWidth=abs(Xmax-Xmin)  
# the length of model along x direction
CubeHeight=abs(Ymax-Ymin)
# the length of model along y direction
CubeLength=abs(Zmax-Zmin)
# the length of model along z direction
  • 第1行基于之前输入的modelname,instancename来调用部件实例(instance)的节点。

  • 第8行for i in range(len(node)):表示对每个节点进行循环,每次循环中都要提取该节点的x,y,z坐标信息。

  • Xmin,Xmax为通过循环找出X方向的最小、最大X坐标,Ymin、Ymax以及Zmin、Zmax都同理。计算这部分的代码可能大家表面无法直接看懂理解,我举一个例子好了。

例子:对于第12行到第15行,比如当i=0时,随便提取了第1个节点的x,y,z信息(0,0.1,0.2),由于Xmin=9999>x=0,所以x=0赋予Xmin;同样的,当i=1时,又随便提取模型的一个节点(0.05,0.1,0.2),由于现在Xmin=0<x=0.05,则执行Xmax=-9999<x=0.05,所以x=0.05赋予Xmax,而Xmin不变;当i=2时,随便提取一个节点(0.07,0.1,0.2),注意到此时,Xmin=0<x=0.07并且Xmax=0.05<x=0.07,因此x=0.07赋予Xmax,即此时的最大值赋予给Xmax,而Xmin不变;而如果i循环到节点 (0.1,0.1,0.2),注意到此时,Xmin=0<x=0.1并且Xmax=0.05<x=0.1,因此x=0.1赋予Xmax,即此时的最大值赋予给Xmax,而Xmin不变;由于x=0是模型x方向的最小值,x=0.1是模型x方向的最大值,因此如果当i循环到又一个节点(0.06,0.1,0.2),此时,Xmin=0<x=0.06并且Xmax=0.1>x=0.06,则Xmin和Xmax则处于不变,因为x在这两者之间,因此通过以上程序就可以找出模型在x方向的最大值和最小值(结果见图3),然后最大值减去最小值则得到了模型沿x方向的长度。同样的方式得到模型沿y方向和z方向的长度。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图4

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图5

图3 查看Xmin、Xmax、Ymin、Ymax、Zmin、Zmax

另一方面,我们可以如图4进行相应验证,我们先查看下模型在x方向的宽度,在Abaqus中的query中选取distance,然后选中模型中的两个点,可以看到这两个点的坐标是point1(0,0.1,0.2),point2(0.1,0.1,0.2),则两点之间在x方向的距离为0.1,即为模型的宽度(模型沿x方向的长度)。Abaqus模型计算的结果与之前程序计算的结果相互验证了。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图6

图4 查看模型在x方向的宽度

03



用python将位移导入excel

odb=openOdb(path=odbname)
wbkName='NodalDisplacement'
wbk1=xlwt.Workbook()
sheet=wbk1.add_sheet('Sheet1')
RefPointSet=odb.rootAssembly.nodeSets['U-XYZ']
frameRepository=odb.steps['Step-1'].frames
for i in range(3):    
    sheet.write(0,i,('U'+str(i+1)+'(U-XYZ)'))
  • 第1行表示打开odb计算结果文件。

  • 第2行表示生成的excel文件名为NodalDisplacement。

  • 第3行和第4行表示添加Sheet1工作表。

  • 第5行建立节点SetU-XYZ,方便后续对该Set进行位移提取。

  • 第6行表示Step-1里的帧(frames)对象。

  • 第7行和第8行通过循环在excel第1行第i列(也就是代码中的0,i),写入U1(U-XYZ),U2(U-XYZ),U3(U-XYZ),如图5所示,其中Python编程用+可以实现字符连缀,str(i)可以将数字变量i改为字符i。

iframes=len(frameRepository)
RefDataU1= np.zeros((iframes,1))
RefDataU2= np.zeros((iframes,1))
RefDataU3= np.zeros((iframes,1))
jingdu=15
for i in range(iframes):    
   U=frameRepository[i].fieldOutputs['U']
   
   RefU=U.getSubset(region=RefPointSet)
 
   RefUValues=RefU.values
   
   RefDataU1[i]=RefUValues[0].data[0]
 
   sheet.write(i+1,0,round(RefDataU1[i],jingdu))
 
   RefDataU2[i]=RefUValues[0].data[1]
   
   sheet.write(i+1,1,round(RefDataU2[i],jingdu))

   RefDataU3[i]=RefUValues[0].data[2]
   
    sheet.write(i+1,2,round(RefDataU3[i],jingdu))

wbk1.save(wbkName+'.xls')
  • 第一行是统计frames的帧数。

  • 第2行到第4行基于numpy定义三个数组存储三个方向的位移,并事先赋予初值零。

  • 第5行设置一个变量,方便用于控制输出到excel里数的精度。

  • 第6行到第15行就是通过for循环,一帧一帧地输出U-XYZ这个点Set的三个方向的位移值,并存储到excel。U-XYZ这个点Set如图5所示。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图7

图5 U-XYZ点Set

  • 对于第7行表示提取该帧的位移U的场变量并赋值给U,然后在第8行采用getSubset基于U提取RefPointSet区域的位移值。

  • 图6在ABAQUS命令行接口(基于Python的Abaqus静力分析操作实例)表示的应该是最后一次循环后各变量的值,可以看出RefU表示的nodeSets['U-XYZ']的位移值,图6中显示为一个索引;而RefUValues则表示该节点集中每个节点的位移值,体现在values中;而values[0]表示第一个节点的位移值,由于存在三个方向的位移,U1,U2,U3,则后续通过data[0],data[1],以及data[2]分别表示三个方向的位移值。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图8

图6 运行相关结果查看(通过ABAQUS命令行接口)

特别的,由于U-XYZ只有一个点存在于Set中,如果我们在这里用values[1],看会出现什么样的效果?如图7。可以明显看到Sequence index out of range表示超出了范围,因为RefUValues[1]表示提取第二个节点,但我们这里只有一个节点存在于U-XYZ点Set中,所以出现了范围超过的报错提示。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图9

图7 可以存在RefUValues[1]吗?(通过ABAQUS命令行接口)

需要说一下的,如果大家觉得ABAQUS命令行接口的查看范围太窄,可以往上拉动窗口,这样就可以看到更多的代码,如图8所示,但与之相反的就是模型就会显得很小,与我们一般的常规abaqus操作有点相反。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图10利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图11

图8 ABAQUS命令行接口显示更多的内容

再对代码中的Python round函数做个说明,通过下面的例子我们可以看到round函数是四舍五入函数,一般为四舍五入后为整数,round(a,b)中的a为需要进行四舍五入的数,而b为需要保留的小数位数,如图9所示。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图12

图9 关于Python round 函数的例子

最后就是第17行代码,这个代码也很重要,不输入这个代码就不会生成excel表,一般生成excel位置为设置好的工作目录(比如D:\temp),生成好的excel如图10所示。而excel总共有625行,说明一共有625帧,也就是上述代码的变量iframes为625。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图13

图10 生成的NodalDisplacement.xls的excel文件

04

结果验证

将上述excel表格中的结果绘制成曲线,即U-XYZ点三个方向的位移随帧数变化的曲线,如图11所示。根据图12,再结合odb文件中的变形图(第623帧)可以判断U-XYZ点在后期的X(U1)为负,Y(U2)为正,Z(U3)为正,与图11曲线是一致的。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图14

图11 U-XYZ点三个方向的位移随帧数变化的曲线

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图15

图12 模型后处理结果图(第623帧)

最后再与在Abaqus里进行GUI(即点点点)对U-XYZ三个方向位移处理的结果图进行对比,即通过XY Data对U-XYZ三个方向的位移进行输出绘图,注意到坐标轴为时间,与Python后处理图11的帧数是一一对应的。可以知道,Python后处理结果与ABAQUS的GUI操作得到的结果几乎完全一致。

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图16

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图17

利用Python提取ABAQUS的计算结果(ODB)信息的图18

图13 Abaqus里进行GUI操作的后处理结果(关于U-XYZ三方向位移)

该模型关于体积、应变、应力等方面(包括场输出和历史输出)的Python导入excel的后处理留在下期,敬请关注。

最后,欢迎大家通过微信公众号联系我们。

微信公众号:320科技工作室。

同时,更多ABAQUS二次开发的精彩内容,欢迎大家关注微信公众号: 土木科研编程与数值模拟 

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您好老师,如果是这个节点集不单是只有一个节点呢?是不是要再嵌套一层循环啊
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