ABAQUS python编程 接触关系的建立、查找find_contacts()、观察

ABAQUSpython编程接触关系的建立、查找find_contacts()、观察模型看似形状简单，但是所需要建立的接触对却非常多，共有206个接触对。如果按照把脚本记录语句拷贝来完成，则脚本代码会非常长（根据abaqus.rpy记录，多达两万多行语句。因为脚本代码最终还是一个一个地建立相应的接触对，如前言部分例子所示）。虽然可以通过界面操作方式下的通用接触对查找来进行，但往往接触对的检查、确认工作量较大。而且当模型需要改变时，该接触对就无效了。很多人的模型不收敛或者计算时间非常长，很多时候问题均出在接触对的设置上。下面详细介绍本人自行编写的通用接触对相关的函数。这些函数可以使接触对的建立简单易行。3.1.接触对的通用查找函数find_contacts()的介绍函数原型如下。deffind_contacts(action='tie',master_parts=[],slave_parts=[],master_insts=[],slave_insts=[],master_set='',slave_set='',baseOn='slave',method=['sets','find'],byseed='no',one_one='no',prop='Frictionless',step='step1'):该函数根据不同的设定条件自动查找接触对，并生成相应的接触对。find_contacts()的默认形式为建立tie。也可以设置默认为contact。即find_contacts(action=’contact’)。由于篇幅有限，本文不再列出该函数的具体内容。基本原理：已知一个实例（称为baseinst）的一个面(baseface)，要查找与其相配对接触的另一个实例（称为mateinst）的配对面（mateface），主要有两种方法：一种是find的方法（最底层的操作是findAt()函数）；另外一种是search的方法（已知x,y,z范围、方向、形状等，查找符合此特征的所有面）。第一种方法又可以细分为两种方法：粗查和细查。这些方法描述如下。1)、粗查法。根据baseface的pointOn，利用ABAQUS自带的findAt()函数查找mateface(图3)。假如这两个inst的交界处剖分合理(partition，也可保证有足够多的接触单元，和建立良好的接触关系，有利于收敛)，通常都能找到mateface。find_contacts()函数中，称这种方法为method=‘find’,byseed=’no’。但有时baseface的pointOn不一定落在mateface上，导致该baseface找不到其mateface。如下所示。这种方法可适用于平面和曲面的接触面。2)、细查法。这种方法在方法1的基础上作了改进。即在baseface上布置很多点(seeds,包含pointOn)(图4)，这些点总有一个点落在mateface上。只要有一个点落在mateface上，这个mateface就找到了。当然，一个baseface也有可能找到多个mateface。布点方案如下所示，可以有多种，如六点法和十点法。这种方法在find_contacts()函数中称为method=’find’,byseed=’yes’。很显然，布点越多，就越能找到mateface，但运行时间就会增加。这种方法适用于平面(平行于坐标平面或者倾斜)的接触面。3)、search方法（或称cross‐range方法）。首先，一个mateface的范围(x,y,z)和其它特征（法线方向、形状、曲率半径等）可获知，再根据自行编写的face_select()函数，在mateinst中搜索。这种方法需要检查mateinst的所有面，判断每一个面是否与baseface有交集（即交叠）。若有则选中。这种搜索方法精度最高，但该baseface最好是平行于坐标轴平面的面。在这种要求下，两个相接触的面是相切的，而且相切面平行于坐标轴平面。在find_contacts()函数中，这种方法被称为method=’search’，与布点种子(seed)无关。如何获得baseface?可以在part中选择某些面建立一些faceset。通常每个part的哪些面会参与接触都是预先知道的，可以建立相应的faceset。这样，在生成的instance中，也都继承了这些faceset。具体到find_contacts()函数的参数，可能有四种情形：1).master_set‘’andslave_set==‘’2).master_set==‘’andslave_set‘’3).master_set‘’andslave_set‘’4).master_set==‘’andslave_set==‘’前三种根据指定的faceset来查找，第四种根据baseinst的每个faceset来查找。如果根本不提供faceset，而且part也没有创建faceset，则只能根据两个实例的交集来寻找他们的接触对。此时，要求这两个实例的相切面是平行于坐标轴平面的。事实上，在建模过程中，建立part的faceset是很方便也很有必要的。因为ABAQUS的很多操作，除了建立接触对之外，还有建立约束、对称、施加载荷、以及模型观察等都需要在set的基础上操作。从某种意义上说，Python面向对象的操作，一种表现就是面向set的操作。所以，从根本上说，find_contacts()函数应用了两种方法：1）根据facesets来查找(参考引言部分的Python脚本记录语句，可以说GUI操作下的通用接触对的查找原理也是根据facesets来的)；2）根据交集(cross‐range)来查找。find_contacts()函数中，当利用facesets方法没有查找到接触对时，就会自动尝试根据交集来查找；反过来，当利用交集方法没有找到接触对时，就会自动尝试根据facesets来查找。目的都是为了找到接触对。通常，在建立faceset的情况下，都能很快找到接触对。由于篇幅所限，find_contacts()函数的具体内容摘录如下。仅供参考。baseOn=baseOn.lower()ifbaseOn=='master':base_insts=master_instsbase_parts=master_partsbase_set=master_setmate_insts=slave_instsmate_parts=slave_partsmate_set=slave_setelifbaseOn=='slave':base_insts=slave_instsbase_parts=slave_partsbase_set=slave_setmate_insts=master_instsmate_parts=master_partsmate_set=master_setaction=action.lower()byseed=byseed.lower()one_one=one_one.lower()iftype_of(method)=='STR':method=[method]if('find'notinmethod)and('search'notinmethod):method.append('find')obj_names=''ifbase_insts==[]:ifbase_parts[]:iftype_of(base_parts)=='PART':base_parts=[base_parts]base_insts=insts_ofpart(base_parts)forpartinbase_parts:obj_names=obj_names+part.name+'_'elifbase_set'':base_insts=insts_byset(base_set)obj_names=base_set+'_'elifbase_insts==[]:base_insts=a.instances.values()##a=mdb.models['Model‐1'].rootAssemblyobj_names='all_instances_'ifobj_names'':ifbaseOn=='slave':obj_names=obj_names[:‐1]+'(slave)='else:obj_names=obj_names[:‐1]+'(master)='ifmate_insts==[]:ifmate_parts[]:iftype_of(mate_parts)=='PART':mate_parts=[mate_parts]mate_insts=insts_ofpart(mate_parts)forpartinmate_parts:obj_names=obj_names+part.name+'_'elifmate_set'':mate_insts=insts_byset(mate_set)obj_names=obj_names+mate_setelifmate_insts==[]:mate_insts=a.instances.values()obj_names=obj_names+'all_instances'ifobj_names[‐1]=='_':obj_names=obj_names[:‐1]inst_names=[]forinst1inbase_insts:inst_names.append(inst1.name)ifinst1.namenotininsts_range.keys():insts_range[inst1.name]=poi_range(inst1)##获取实例的空间范围forinst2inmate_insts:ifinst2.namenotininsts_range.keys():insts_range[inst2.name]=poi_range(inst2)ifaction=='tie':total_0=len(_m.constraints)cont_func=s2s_tieelifaction=='contact':total_0=len(_m.interactions)cont_func=s2s_contact............ifaction=='tie':##cont_func是一个函数名变量cont_func=s2s_tie##指向建立tie关系(即constraint)的s2s_tie()函数elifaction=='contact':cont_func=s2s_contact##指向建立contact关系(即interaction)的s2s_contact()函数。............##Situation4ifbase_set==mate_set=='':if'sets'inmethod:sets_tried=Trueforinst1inbase_insts:part=_m.parts[inst1.partName]##_m=mdb.models['Model‐1']forsetnameinpart.sets.keys():ifsetname[0:3]=='fc_':found=Falseprefix=3setrange1=set_range(inst1,setname)##获取set的空间范围forinst2inmate_insts:ifinst2.name==inst1.name:continuespace2=insts_range[inst2.name]cross=intersect(setrange1,space2)##获取faceset与mateinst的交集ifcross==False:continueprint''print'Findingmatefacesof',inst1.name,'byitssetname=',setname,'(method='+str(m