目录

1. 为什么学习 Abaqus Python？
2. 开发环境准备
3. Abaqus Python 核心概念
4. 开发流程：从脚本到插件
5. 核心模块详解与常用代码示例
   • 1 模型构建
   • 2 作业提交与监控
   • 3 后处理与结果提取
   • 4 交互与定制
6. 学习路径与资源推荐
7. 最佳实践与技巧

为什么学习 Abaqus Python？

• 自动化：将手动创建模型、提交作业、处理结果等一系列重复性工作自动化，节省大量时间。
• 参数化研究：通过修改脚本中的参数，可以快速生成一系列模型，用于进行敏感性分析或优化设计。
• 定制化：实现 Abaqus/CAE 本身不具备的功能，例如复杂的材料模型定义、特殊的边界条件施加、自定义的输出请求等。
• 集成与批处理：在服务器或无图形界面的环境中运行分析，实现大规模的仿真任务调度。
• 创建用户工具：通过创建插件，为团队或公司定制专用的用户界面，降低使用门槛，提高效率。

开发环境准备

1. Abaqus 安装：确保你的电脑上已安装 Abaqus/CAE（Abaqus/Standard 或 Abaqus/Explicit）。
2. 集成开发环境：虽然可以在 Abaqus/CAE 自带的脚本编辑器中编写和运行脚本，但强烈推荐使用专业的 IDE，如 PyCharm 或 Visual Studio Code。
   • 优点：语法高亮、代码自动补全、调试功能、版本控制集成，能极大提升开发效率。
3. Abaqus Python 解释器：Abaqus 自带一个专用的 Python 环境，它与系统自带的 Python 不同，包含了 Abaqus 的所有 API 库，在 IDE 中配置解释器时，需要指向 Abaqus 的 Python 可执行文件。
   • Windows: C:\SIMULIA\Abaqus\6.14-3\win64\code\bin\AbaqusPython.exe (路径版本号可能不同)
   • Linux: /SIMULIA/Abaqus/6.14-3/code/bin/Python
4. 调试技巧：在脚本中加入 mdb.models['Model-1'].jobFromInputFile('my_job', debug=True) 可以在提交作业时启动调试器，方便排查问题。

Abaqus Python 核心概念

理解以下几个核心对象是进行二次开发的基础：

• Session (会话)：代表当前的 Abaqus/CAE 会话，它包含了当前打开的文件、视图设置、警告信息等，通常通过 session 对象访问。
• Mdb (模型数据库)：代表整个 Abaqus 模型，它包含了所有模型信息，如部件、材料、截面、装配、分析步、载荷、约束、作业等，这是模型构建的核心，通常通过 mdb 对象访问。
• Odb (输出数据库)：代表分析完成后生成的结果文件，它包含了分析过程中的所有场输出和历史输出数据，通常通过 openOdb() 函数打开。
• 对象模型：Abaqus 的所有数据都以对象的形式组织。mdb.models['MyModel'] 是一个 Model 对象，mdb.models['MyModel'].materials['Steel'] 是一个 Material 对象，每个对象都有其自己的属性和方法。

关键点：Mdb 是“输入”文件（.inp）的内存表示，用于创建模型；Odb 是“输出”文件（.odb）的内存表示，用于读取结果。

开发流程：从脚本到插件

第一步：录制宏

这是学习 Abaqus Python 最快的方法！

1. 在 Abaqus/CAE 中，点击 Tools -> Macro -> Record Macro...。
2. 在 CAE 中像平常一样操作，例如创建一个部件、定义材料、划分网格等。
3. 完成后,点击 Stop Recording，脚本会自动生成并保存。
4. 打开这个 .py 文件，学习其中的 API 调用方式，你会发现，你做的每一步操作都对应着一段 Python 代码。

第二步：修改和优化录制的脚本

录制的脚本通常效率不高,且包含很多冗余代码，你需要：

• 参数化：将固定的数值（如尺寸、材料属性）替换为变量。
• 模块化：将功能拆分成不同的函数或类，使代码结构更清晰。
• 增加错误处理：使用 try...except 结构来处理可能出现的异常，使脚本更健壮。

第三步：创建用户自定义工具

当你有了一段成熟的脚本后,可以将其封装成插件，方便在 Abaqus/CAE 中通过菜单直接调用。

有两种主要的插件类型：

1. GUI Tool (基于 tkinter)：

   • 使用 Python 内置的 tkinter 库创建一个简单的图形界面。
   • 用户可以在窗口中输入参数,点击按钮后执行脚本。
   • 优点：简单，无需额外依赖。
   • 缺点：界面较简单，不够美观。

2. Ribbon Extension (基于 qt)：

   • 使用 Abaqus 6.14+ 版本引入的 qt 模块（基于 Qt 框架）。
   • 可以创建与 Abaqus/CAE 风格一致的、现代化的自定义功能区。
   • 优点：界面美观、功能强大，可以无缝集成到 Abaqus 环境中。
   • 缺点：学习曲线稍陡峭。

创建插件通常需要创建一个 .rpy 文件，并在其中定义插件的元数据和入口函数。

核心模块详解与常用代码示例

1 模型构建

创建部件

from abaqus import *
from abaqus.Part import Part
from abaqus.Constants import *
# 获取当前模型数据库
model = mdb.models['Model-1']
# 创建一个三维、可变形的、壳体类型的部件
my_part = model.Part(name='MyPart', dimensionality=THREE_D, type=DEFORMABLE_BODY)
my_part.BaseSolidExtrude(sketch=..., depth=10.0) # sketch 需要先创建

定义材料和截面

# 定义材料
model.Material(name='Steel')
model.materials['Steel'].Elastic(table=(210000.0, 0.3)) # 弹性模量和泊松比
model.materials['Steel'].Plastic(table=((200.0, 0.0), (250.0, 0.2)))
# 定义截面属性
model.HomogeneousSolidMaterialSection(name='Steel_Section', material='Steel')
model.sections['Steel_Section'].category = SOLID
model.sections['Steel_Section'].type = HOMOGENEOUS
# 将截面赋予部件
model.Part('MyPart').SectionAssignment(region=..., sectionName='Steel_Section')

装配

# 将部件实例化到装配中
model.rootAssembly.Instance(name='Part-1', part= model.parts['MyPart'], dependent=ON)

分析步、载荷和约束

# 创建静态分析步
model.StaticStep(name='Step-1', previous='Initial', timePeriod=1.0, maxNumInc=100)
# 创建载荷
model.Contradisp(name='Fixed-End', createStepName='Step-1', region=..., u1=SET, u2=SET, u3=SET, ur1=SET, ur2=SET, ur3=SET)
# 创建约束
model.Pressure(name='Pressure-Load', createStepName='Step-1', region=..., magnitude=100.0)

2 作业提交与监控

# 从模型创建作业
job = mdb.Job(name='MyJob', model='Model-1', description='My first analysis job')
# 提交作业
job.submit()
# 等待作业完成
job.waitForCompletion()
# 检查作业状态
if job.status == COMPLETED:
    print('Job completed successfully!')
elif job.status == ABORTED:
    print('Job was aborted.')

3 后处理与结果提取

这是二次开发中最有价值的应用之一。

# 打开输出数据库
odb = openOdb(path='MyJob.odb')
# 获取最后一个分析步
last_step = odb.steps['Step-1']
# 获取场输出变量 'S' (应力) 和 'U' (位移)
field_outputs = odb.steps['Step-1'].frames[-1].fieldOutputs
# 提取特定节点的应力 (节点 ID 为 1 的节点)
node_stress = field_outputs['S'].getSubset(region=odb.rootAssembly.instances['Part-1'].nodes[1])
print(f"Node 1 stress: {node_stress.values[0]}")
# 提取整个模型的 Mises 应力，并保存为 CSV 文件
import csv
with open('stress_results.csv', 'w', newline='') as csvfile:
    writer = csv.writer(csvfile)
    writer.writerow(['Node ID', 'S11', 'S22', 'S33', 'S12', 'S13', 'S23', 'Mises'])
    # 遍历实例中的所有节点
    for node in odb.rootAssembly.instances['Part-1'].nodes:
        # 获取该节点的应力状态
        stress_data = field_outputs['S'].getSubset(region=node).values[0]
        s11, s22, s33, s12, s13, s23 = stress_data
        mises = ((s11-s22)**2 + (s22-s33)**2 + (s33-s11)**2 + 6*(s12**2 + s13**2 + s23**2))**0.5 / sqrt(2)
        writer.writerow([node.label, s11, s22, s33, s12, s13, s23, mises])
odb.close()

4 交互与定制

# 在 Abaqus/CAE 的命令行窗口打印信息
session.printMessage('Hello, Abaqus!')
# 弹出简单的对话框
from abaqus import gui
session.widgets.messageBox(text='Operation Complete', title='Success')
# 创建一个简单的 Tkinter GUI
import tkinter as tk
from tkinter import simpledialog
root = tk.Tk()
root.withdraw() # 隐藏主窗口
# 弹出输入对话框，让用户输入一个值
pressure_value = simpledialog.askfloat("Input", "Please enter the pressure value (MPa):", initialvalue=100.0)
if pressure_value:
    print(f"User entered pressure: {pressure_value}")
    # 在这里可以使用 pressure_value 来设置载荷

学习路径与资源推荐

1. 官方文档：

   • Abaqus Scripting User's Manual: 这是最重要的文档，没有之一，它详细介绍了所有模块、类、方法和属性，可以在 Abaqus 安装目录下的 doc 文件夹中找到，或在线查阅。

2. 录制宏：如前所述，这是最快的入门方式。

3. 在线教程和博客：

   • 搜索 "Abaqus Python tutorial"、"Abaqus script examples" 等关键词。
   • 许多大学和研究机构会分享他们的二次开发教程和代码。
   • 关注一些仿真技术论坛和社区。

4. 书籍：

   《Abaqus Python Scripting for Finite Element Analysis》：市面上专门讲解 Abaqus Python 的书籍，内容比较系统。

5. 实践项目：

   • 从简单开始：尝试写一个脚本，自动创建一个简单的拉伸或悬臂梁模型。
   • 解决实际问题：找一个你日常工作中重复性最高的任务，尝试用 Python 脚本自动化它。
   • 逐步深入：从纯脚本，到带 tkinter GUI 的工具，再到复杂的 qt 插件。

最佳实践与技巧

• 版本控制：使用 Git 等版本控制工具管理你的脚本和插件，可以追踪修改历史，方便团队协作。
• 代码注释：为你的代码添加清晰的注释，解释代码的功能和逻辑，方便日后维护。
• 模块化编程：将复杂的功能分解为小的、可重用的函数或类，可以创建一个 ModelBuilder 类来封装模型创建的逻辑。
• 错误处理：始终使用 try...except 来捕获和处理可能发生的异常，例如文件不存在、模型未找到等。
• 清理环境：在脚本开头或结尾，可以使用 mdb.delete() 和 session.viewports['Viewport: 1'].setValues(...) 等命令来清理旧的模型和视图，确保脚本每次运行都在一个干净的环境中。
• 性能优化：对于大型模型，避免在循环中进行不必要的数据库读写操作，尽量先收集所有数据，再进行批量处理。

希望这份详细的指南能帮助你顺利开启 Abaqus Python 二次开发的旅程！祝你学习愉快！