ABAQUS箱型桥梁的GUI二次开发

第28卷第6期 重庆交通大学学报(自然科学版) V01．28No．6 塑竺垒!兰：坠=一型些!垒!篁坚望些塑!墼型垒些坠型墅塑型垒垒!!坠曼塑!堕：一：：：：坠!塑 ABAQUS箱型桥梁的GUI二次开发 王家林，李平 (重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074) 摘要：介绍了大例通用有限元软件ABAQUS的二次开发功能和利用面向对象语言Python编制参数化建模插件的原 理和 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 。以变截面箱删桥梁参数化有限元建模为背景，通过ABAQUS提供的API函数和AFXGUIToolkit工具包 开发了箱梁桥参数化建模菜单和』：具条，提高r箱型桥梁的有限元建模速度，为箱璎桥梁的精细有限元 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 提供 了有力的支持。 关键词：有限元；ABAQUS；二次开发；前处理；Python语言 中图分类号：O319．56；TP311 文献标志码：A 文章编号：1674—0696(2009)06—1000—05 SecondaryDevelopmentforGUIofBoxGirderBridgeBasedonABAQUS WANGJia—lin，LIPing (SchoolofCivilEngineering&Architecture。ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400074，China) Abstract：Thesecondarydevelopmentfunctioninwidely-usedABAQUSsoftwareandtheprinciplea8wellasthestepsto developplug—ininABAQUSsoftwarebyusingobject—orientedPythonlanguageareintroduced．Withtheparametricfiniteel· ementmodelingofvariableel-08s．sectionboxgirderastheresearchfoundation．themenusandtoolbarsofbox—girderpara- metricallymodelingaredevelopedbyuseofAPIfunctionsprovidedbyABAQUSandAFXGUIToolkit，whichimprovesthe modelingspeedofbox—girderbridgeandalsoprovidespowerfulsupportforsophisticatedfiniteelementanalysisofbox’girder bridge． Keywords：finiteelementmethod；ABAQUS；secondarydevelopment；pretreatment；Pythonlanguage 1 引 言 在有限元分析的各阶段中，前处理建模的人工 参与最多、操作最繁杂，对通用有限元软件进行二次 开发可极大提高有限元问题的解决效率。 ABAQUS是最先进的大型通用有限元分析软件 之一，具有良好的模拟性能，拥有大量不同类型的单 元、材料模型；在ABAQUS中，材料库和单元库分 离，材料和单元之间的组合能力很强，可以胜任复杂 结构的静力与动力分析，能够驾驭非常庞大的问题 和模拟材料与几何高度非线性的影响¨1。同时， ABAQUS提供了4种二次开发方式：①使用用户子 程序，用户子程序允许用户改变ABAQUS／Standard 和ABAQUS／Explicit的计算过程拉1；②修改环境文 件，通过改变环境文件中关于ABAQUS的各种默认 设置来改变ABAQUS／CAE的计算分析过程和相关 文件操作；③运行自定义内核脚本∽一】，内核脚本允 许用户通过创建新的功能模块对前后处理进行操 作；④创建新图形用户界面(GUI)"。61。4种二次开 发方式为用户改善和扩展ABAQUS的前后处理⋯、 单元模型捧J、材料模型等提供了可能。 ABAQUS提供了基于面向对象的Python语言 脚本和由FOXGUIToolkit扩展而来的一系列类。 用户利用这些既有的类和函数可以实现前述第③和 第④种二次开发，即能够按照自己的需求制作出特 有的前后处理功能和交互界面，提高软件前后处理 的效率。 2 ABAQUS中脚本和GUI二次开发 功能介绍 ABAQUS／CAE提供了参数化的前处理建模方 法，为有限元前处理提供了便利。但是基于 ABAQUS／CAE界面建立复杂模型仍然是一件繁琐 的工作，对于一些特定的结构形式，利用ABAQUS 提供的二次开发功能设计出参数化的建模插件，可 极大地提高有限元的建模速度。比如，在ABQUS／ 收稿日期：2009—08—23；修订日期：2009—09一03 作者简介：王家林(1968一)，男，蓖庆市入，教授，博士，主要从事土木 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 结构有限元分析理论、软件开发及CAE软件应 用研究。E—mail：jialinwang@163．corn。 万方数据 第6期 王家林，等：ABAQUS箱型桥梁的GUI二次开发 100l 图1 mdb对象结构 odh defauttOdhDi8pLay displayGroulrs colr-J～ prinlOptions 图2 session对象结构 卜lmns 卜。“’‘i‘m‘：ate昏’^’8 卜净p1‰9’高惭。 图3 odb对象结构 在ABAQUS前处理二次开发过程中主要使用 mdb中的models对象，它包含part、section、material、 step等子对象。用户通过这些对象和其中的函数实 现如定义几何模型‘103、材料属性、单元网格划 分一。121、荷载和边界条件¨引、分析求解和获取计算 结果¨“b1等功能。 ABAQUS中提供的AFXGUIToolkit是由面向 对象、不依赖于操作平台的FOX(FreeObjectsfor X)图形用户界面工具包扩展而来的【5J。用户利用 AFXGUIToolkit可以创建新的或改变ABAQUS已 有的图形用户界面¨¨"J。使用AFXGUIToolkit可 以创建对话框、按钮、编辑框和列表等控件，实现各 种用户交互界面的开发和编制。 在ABAQUS中，用户可以通过2种方式利用 AFXGUIToolkit进行二次开发，即创建Plug—ins插 件程序和创建用户应用程序。 1)Plug—ins插件程序。ABAQUS的P1ug—ins 插件程序通过使用脚本和AFXGUIToolkit产生的 命令来完成用户指定的前后处理功能¨。7j。一个典 型的插件程序包括Python函数模块和注册命令2 部分。其中注册命令的功能是将用户定义的模块添 加到ABAQUS／CAE界面中。首先利用注册命令在 ABAQUS／CAE的插件菜单中添加子菜单项或图标， 再将该子菜单项或图标与Python函数模块的一个 函数联系起来。当用户选择该子菜单或图标项时， ABAQUS就会调用该函数。ABAQUS／CAE中有2 种插件：内核插件和图形用户界面插件。通常内核 插件不具有图形交互界面，点击选项时直接发送命 令到内核。图形用户界面插件使用时会出现对话框 等界面，在完成输入后发送命令到内核。 插件程序的安装：用户完成脚本和图形界面制 作后利用registerGuiMenuButton和registerGuiTool Button函数将函数模块注册到ABAQUS／CAE的插 件菜单和工具条中去。用户必须将包含注册命令的 文件存放在ABAQUS／CAE启动时搜索插件程序的 目录中。ABAQUS／CAE启动时自动导人搜索目录 中的所有具有堆一plugin．PY文件名的文件。插件程 序搜索的路径有：ABAQUS安装目录下的cac、 abaqus—plugins和C：、DocumentsandSettings、电脑 用户(user)＼abaqus—plugins文件夹。 2)用户应用程序。用户应用程序具有全面修 改ABAQUS／CAE界面的能力，如删除ABAQUS／ CAE中已有模块和功能，添加自己特有的模块和菜 单。通过修改制作出全新的前后处理界面归1。 3箱型桥梁的参数化建模插件 在通用有限元软件中进行桥梁结构的二次开发 已经有许多学者进行了各类尝试。梁柱与叶贵如曾 开发了可以自动编写ANSYS命令流的桥梁软件，通 过自动生成节点和单元的方式建立等截面箱梁的有 ，莓蠢聋竺 万方数据 重庆交通大学学报(自然科学版) 第28卷 限元模型¨81。就通用软件的二次开发能力而言， ABAQUS功能更加全面，插件方式在保留ABAQUS 现有功能和界面的基础上为用户提供了创建个性功 能和界面的能力。 采用插件方式创建箱璎桥梁参数化建模的模块 和对话框，并将其添加到ABAQUS／CAE主界面中。 利用该插件输入必要的数据后，程序自动生成变截 面箱梁的各截面草图和混凝土节段的实体模型，并 将所有的节段装配成整桥。繁杂的)LN建模工作完 全由程序自动完成。 箱型桥梁参数化建模的插件程序包含4个Py— thon文件：(至)ConcreteDB．PY是对话框的创建函数文 件；@)Concrete—Function．PY文件包含建模的主要函 数；(要)Concrete—plugin．PY用于插件的注册，通过该 文件将制作的插件注册到ABAQUS／CAE的plug— in菜单下，并为它创建新的工具条；④Concretej— COn．PY包含工具条图标和示意图。下面就4个文 件中的主要函数进行简要说明。 3．1 对话框文件ConcreteDB．PY 对话框的创建使用了AFXGUIToolkit的类和 函数。首先定义一个由AFXDataDialog派生出自己的对话框对象。在初构函数⋯init一()中设置和 添加一些设计所需的控件，包括文本输入框、打开文 件编辑框和按钮、导人数据按钮、表格table、快捷菜 单等，通过这些控件来获取用户的输入和操作，界面 效果如图5。 图5插件对话框 #由AFXDataDialog派生新的ConcreteDB对话框类 classConcreteDB(AFXDataDialog)： #为导人数据input按钮建立消息ID，并添加入对话框 消息队列中 [ID—INPUT，]=range(AFXDataDialog．ID—LAST，AFX— DataDialog．ID—LAST+I) #在对话框的构造函数—i血一()中完成控件的添加 def～in“一(self，form)： #调用基类的初构函数 AFXDataDialog．init(self，form，Single—Box．⋯⋯) #为input按钮消息ID—INPUT与Filetotab()函数建 立消息映射 FXMAPFUNC(self，SELCOMMAND，self．ID—INPUT， conereteDB．Filetotab) #建立用于输入模型名字的文本编辑框 AFXTextField(vf，12，Partname：；form．Part—nameKw，0) #建立用于打开数据文本文件的文件打开对话框和按钮 AFX7rextField(fileTextHf，12，7DataFilename：：form． FilenameKw， 0．⋯⋯) FXButton(P=fileTextHf，text=，-⋯·) #建立input按钮，用于从文件中导人数据至表格 FXButton(HFrame．_2，input．None，self，self．ID—INPUT) #建立一个29行17列表格用于获取各个截面的尺寸数 据 Self．tablel=AFXTable(vf，lO，18，30，18，form．Sketch— dataKw，⋯⋯) #快捷菜单设置函数 self．tablel．跎tPopupOptions(⋯⋯) #从文件中导入示意图，并将其放入对话框底部 icon=FXXPMIcon(getAFXApp()，Sketch_picture) FXLabel(vf．’,icon，pl=O，pr=O，pt=0，pb=O) 导入数据按钮input的消息响应函数为File· totab。input按钮主要功能是将文件中的数据导入表 格，以便于对数据检查和修改。具体代码如下。 defFiletotab(self，sender，sel，ptr)： #从控件中获取文件路径和文件名 a=self．form．FilenameKw．getValue() #打开文件 filedata=open(a) 蜊用表格控件函数将数据填入表格 8eIf．tablel．sethemFloatValue(⋯⋯) 3．2建模文件Concrete_Function．PY 建模主要使用了mdb类中的models、Part、Con· strainedSketch、rootAssembly等类和Line()、Solid— I．off()、Loftcut()、Instance()、Translate() 等函数。主要流程为： 1)导入一些必要的模块和常量： fromabaqusimportmdb importpart fromabaqusConstantsimportTHREE—D，DEFORM，ABLE— BODY，⋯⋯ 2)为将要生成的sketch、part和Instance建立用 于存储的空列表： sketch=[] 万方数据 第6期 王家林，等：ABAQUS箱型桥梁的GUI二次开发 1003 part=[] part_Ins=[] 3)定义主函数ABCD(⋯⋯)。主函数与插件绑 定，所以参数应与对话框中的变量一致。ABCD调 用了草图绘制函数sketch—func()、部件创建函数 partfu．c()和实例组装函数Assembly_func()。 4)草图绘制函数sketch—func()，根据输入的 数据生成各截面的关键点，利用Line()函数绘制 出截面草图，并按顺序放置到sketch列表中。 foriinrange(N)： #根据用户所给的名字加上一sketch一再加上序号创建出 草图名字 Sketch_name=def_name(na／ne+"_sketch一7，i) #建立零时草图变量 tempsk=mdb．models["Model一11．ConstminedSketch (Sketch—name， 200．0。⋯⋯) f曲jinrange(m)： }}在草图中根据计算出点的坐标，画出各个线条， tempsk．Line(pointl=pointsl[J]，pein)2=pointsl[j+ 1]) 静将生成草图放置进列表 sketch．append(tempsk) 5)部件创建函数part—func()，根据草图列表 中的图形创建各个施工阶段的混凝土模型，并放置 到Part列表中。 fori inrange(N一1)： 群根据用户所给的名字加上一part一再加上序号创建出部 件名字part—name=def_name(name+"_part一：i) #建立临时的部件 Temp_part=mdb．models["Model一1，]．Part(part—name， THREE—D，DEFORMABLE—BODY) #根据草图和参数拉伸出实体 Temp_part．SolidLofi(⋯⋯) 群挖出箱梁的中空部分 Temp_part．Loftcut(⋯⋯) 锵生成的部件放人列表之中 part．append(Temp_part) 6)实例组装函数Assembly_func()。 fori inrange(1en(part))： #为装配件命名 name=def_name(part[i]．name+=-Ins_：1) #生成装配实例 temp—ins=a．Instance(nanle=name，part2part[i]，de· pendent=ON) #根据输入的数据将装配件移动到指定位置 temp．translate(vector=(O．0，0．0，z[i])) 锵生成的装配件放入列表之中 part—Ins．append(temp_ins) 3．3注册函数文件Concrete—plugin．PY 该文件的功能是完成插件的注册。文件中首先 通过继承AFXForm定义一个新的应用程序框架类。 初构函数主要完成数据接收与传递等工作，以及命 令函数处理。 #由AFXForm派生出自己的框架类 classConcrete_plugin(AFXForm)： #建立初构函数 def—in“一(self，owner)： #调用基类初构函数 AFXForm．init(self，owner) #调用Concrete_Function．PY中的ABCD()命令设置 self．cmd=AFXGuiCommand(serf。ABCD．Concrete— Function’) {}分别为接收数据的控件建立关联变鼍 self．Part_nameKw=AFXStringKeyword(self． cmd，Partname．TRUE) self．FilenameKw=AFXStringKeyword(serf．cmd， filename．True，勺 self．Sketch—dataKw=AFXTableKeyword(self．cmd， Sketch_data．True) 3．3．1 插件菜单注册方法 利用registerGuiMenuButton实现菜单注册。注 册前需要获得ABAQUS主函数的工作路径和插件 工具指针。 #获取路径 thisPath=OS．path．abspath(一61e一) thisDir=08．path．dirname(thisPathl 蠕到应用函数窗口插件工具 toolset=getAFXApp()．getAFXMainWindow()．getPlugin。 Toolset() 剁铸件菜单注册函数 toolset．registerGuiMenuButton( #插件注册的位置 buttonText=Box_griderbridgeSingle—box． object=Concrete—plugin(toolset)， messageld=AFXMode．ID_ACllVA，I．E． icon=None， kemellnitString5importConcrete—Function； 锵插件设置为在任何模块都町以使用 applicableModules=ALL， #鼠标靠近时显示的说明文字，设为空 description=N／A： 万方数据 重庆交通大学学报(自然科学版) 第28卷 #帮助链接，设为空 点击确定按钮后插件自动完成建模。图8为草图生 helpUrl=N／A7 成结果，图9为乍成的装配件。 ) 通过以上代码将插件注册为ABAQUS主界面 Plug—ins菜单中的Box—griderbridge子菜单的Sin— gle—box命令。效果如图6。 图6菜单注册效果 3．3．2工具条注册方法 工具条注册需要一个图标，从Concrete—icon．PY 文件中导入图标concrete_tool，命名为icon。 icon=FXXPMh：on(getAFXApp()，concrete_t001) #工具条注册函数 toolset．registerGuiToolButton(Bridges．#-V具条的名称 object=Conerete_plugin(toolset)， buttonText=’tBox_．griderbridgeSingle—box． kernellnitString2importConcrete_function． #将工具条设置为在任何模块都可以使用 applicableModules=ALL． 撑鼠标靠近时显示的说明文字，设为空 description=N／A； 群帮助链接，没为空 helpUrl=N／A’ ) 用registerGuiToolButton函数将插件注册为Plug —ins菜单下Toolboxes下的Bridges工具条。注册 效果如图7。点击Bridges就町弹出Bridge工具条。 其中图标M为本次定义的按钮。 图7工具条注册 4插件使用实例 利用菜单和工具条都可以打开箱型桥梁建模插 件。本例中，建立单箱单室，蔓截面梁桥。在Part name编辑框中定义bridge名字。通过打开文件对 话框选择模型数据文件，点击input按钮从文件中读 取数据到表格中，也可以直接在表格中输人数据。 图8生成的sket(·h 图9生成的装配件 5 结 论 基于ABAQUS实现了变截面箱型桥梁参数化 有限元建模插件的制作与应用，极大地提高丫箱型 桥梁的有限元建模速度。采用类似的方法，利用 ABAQUS的其它类和函数还可以完成如材料定义、 网格划分、边界条件和荷载的施加以及特定的硅示 与输出等功能。 对于预应力筋，可开发一个插件，通过输入关键 点坐标，以折线或样条拟合出力筋线形，使用Inter- action中的Embeddedregion方法将力筋埋植于混凝 土中，实现力筋与混凝土的连接，利用降温方式模拟 预应力的施加，详情拟另文讨论。 采用Python脚本语青开发ABAQUS参数化建 模插件的方法可为其它结构的有限元建模提供参 考。 参考文献： [1]Da。ssaultSystSmesSimuliaCorp．．ABAQUS／CAEUser's Manual[M]．(Version6．8)．PawtucketUSA：ABAQUS， Ine．，2008． [2]RioG，LaurentH，Bli≥sG．Asynchronousinterfacebetween afiniteelementcommercialsoftwareABAQUSandan I下转第1024页) 万方数据 1024 重庆交通大学学报(自然科学版) 第28卷 对路面性能指标影响的正交分析，可以得出如下结 论： 1)土基模鼍对于路表回弹弯沉的影响较沥青 层厚度和级配碎石层厚度更显著，因而与半刚性基 层沥青路面相比，柔性基层沥青路面对路基填料选 择和压实控制要求更高。 2)对于沥青层底拉应力指标，沥青稳定基层厚 度影响最大，土基模量影响最小。因此增加沥青层 厚度仍是减小沥青层底拉应力，延长沥青路面疲劳 寿命的主要技术措施。然而当沥青稳定基层厚度超 过15cm或沥青层总厚度超过25em以后，继续增 加其厚度对层底拉应力的减小作用逐渐减弱。因此 从经济合理的角度，沥青稳定基层不需过厚，一般在 15cm左右即呵。 l上接第1004页) academieresearchcodeHEREZIt++[J]．Advancesin EngineeringSoftware，2008，39(12)：1010—1022． [3]DassaultSyst爸mesSimuliaCorp．．A13^QUSScriptingllef- elt'eltlCeManual[M]．(Version6．8)．PawtucketUSA： ABAQUS，Ine．，2008． [4】1)a．船,aultSyst宅mesSimuliaCorp．．ABAQOSScriptingU．*,eds Manual[M]．(Version&8)．PawtucketUSA：ABAQUS。 Inc．．20呕． [5]Da．ssaultsys诧I舱sSimuliaCorp．．ABAC)US(；IJIToolkit User'sManual[M]．(Version6．8)．PawtucketUSA： ABAQUS，Inc．，2008． [6]DassaultSys晓Ⅱ螂SimuliaCorp．．ABAQUSGUIToolkit Itefereneebtanual[M]．(Version6．8)．PawtueketUSA： ABAQUS，Ine．，2008． [7]Coio,舢D，KarlssonAlVl．Anobject—orientedapproachfor modelingandsimulationofcrackgrowthincyclicallyload- edstrue,ture8[J]．AdvancesinEngineeringSoftware。 2008，39(12)：995—1009． [8]GinerE，SukumarN，Taranc6nJE，da1．AnAbaql培im． plementationoftheextendedfiniteelementmethod[J]． Engineeringf'raeturel-lechanies，2009，76(3)：347— 368． 【9] 鲍荣浩，卢文浩．A13,～QIJS前处理程序二次开发在蜂窝 材料中的应用[J]．工程设计学报，2003，10(6)：330— 333． 参考文献： [1]沈金安．高速公路沥青路面早期病害预防措施的研究 (R]．北京：交通部公路科研所，2004． [2]朱洪洲．柔性基层沥青路面疲劳性能及设计方法研究 [D]．南京：东南大学，2005． [3]黄仰贤．路面分析与设计[M]．余定远，齐诚，译．北 京：人民交通出版社，1998：14—19． [4]黄卫，钱振东．高等沥青路面设计理论与方法[M]． 北京：科学】fl{版社，2001． [5]朱洪洲，郑和平，何兆益，等．柔性路面级配碎石基层 弹性模量取值研究[J]．重庆交通学院学报，2006，25 (4)．35—38． [6]JTGD50--2006公路沥青路面设计 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 [s]． [7]陈魁．试验设计与分析[1V1]．北京：清华大学出版 社。1996． 【lO] [12] [13] [14] [15] [16] [17] 【18] 钟同圣，卫丰，王鸷，等．Python语言和ABAQUS 前处理二次开发[J]．郑州大学学报：自然科学版， 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