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1、ABAQUS python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
2、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。def find_contacts(action=tie, master_parts=, slave_parts=, master_in sts=, slave_insts=, master_set=, slave_set=, baseOn=slave, method=s ets,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
3、认形式为建立tie。也可以设置默认为contact。即find_contacts (action=contac t)。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base inst)的一个面(base face)，要查找与其相配 对接触的另一个实例(称为mate inst)的配对面(mate face)，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base f
4、ace的pointOn，利用ABAQUS自带的findAt （）函数查找mat e face（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mate facefind_contacts（） 函数中，称这种方法为method = find，byseed=no。但有时 base face 的 pointO n不一定落在mate face 上，导致该base face找不到其mate face。如下所示。这种方法 可适用于平面和曲面的接触面。base facemate faceNo partitionWi
5、th partition传3 base face mate f如e Ji对应关系2）、细查法。这种方法在方法1的基础上作了改进。即在base face 上布置很多点（seeds,包含pointOn）（图4），这些点总有一个点落在mate face 上。只要有一个点落在mateface 上,这个mate face就找到了。当然，一个base face也有可能找到多个mate face。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mate face，但 运行时间就会增
6、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。point。npoinEOn六点法俑喜附近点+质心+poin所）十点法图4 t base face 一指定一些位置知 并根据这些点查ft matefera3）、search 方法（或称 cross-range 方法）。首先，一个mate face 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mate inst中搜索。这种方法需要检查mate inst的所有面，判断每一个面是否与 base face有交集（即交叠）。若有则选中。这种搜索方法精度最高，但该bas
7、e face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（s eed）无关。如何获得base face?可以在part中选择某些面建立一些face set。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face set。这样，在生成的instan ce中，也都继承了这些face set。具体到find_contacts （）函数的参数，可能有四种情形:1）. master_set and slave_set = 2) . ma
8、ster_set =and slave_set 3) . master_set and slave_set 4) . master_set = and slave_set = 前三种根据指定的face set来查找，第四种根据base inst的每个face set来查找。如果根本不提供face set，而且part也没有创建face set，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face set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
9、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se t的操作。所以，从根本上说，find_contacts()函数应用了两种方法：1)根据face sets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face sets来的)；2)根据交集(cross-range)来查找。find_contacts()函数中，当 利用face sets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face sets来查找。目的都是为了找到接
10、 触对。通常，在建立face set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()if baseOn = master,:base_insts = master_instsbase_parts = master_partsbase_set = master_setmateinsts = slaveinstsmate_parts = slave_partsmate_set = slave_setelif baseOn = slave:baseinsts = slaveinstsbase_p
11、arts = slave_partsbase_set = slave_setmate_insts = master_instsmate_parts = master_partsmate_set = master_setaction = action.lower()byseed = byseed.lower()one_one = one_one.lower()if type_of(method) = STR:method = methodif (find not in method) and (search not in method):method.append(find)obj_names
12、=if base_insts =:if base_parts :if type_of(base_parts) = PART:base_parts = base_partsbase_insts = insts_ofpart(base_parts)for part in base_parts:obj_names = obj_names + part.name +elif base_set base_insts = insts_byset(base_set)obj_names = base_set +elif base_insts =:rootAssembbase_insts = a.instanc
13、es.values() # a = mdb.modelsModel-1.lyobj_names = all_instancesif obj_names if baseOn = slave:obj_names = obj_names：-1 + (slave)=else:obj_names = obj_names：-1 + (master)=if mate_insts =:if mate_parts :if type_of(mate_parts) = PART:mate_parts = mate_partsmate_insts = insts_ofpart(mate_parts)for part
14、in mate_parts:obj_names = obj_names + part.name +elif mate_set mate_insts = insts_byset(mate_set)obj_names = obj_names + mate_setelif mate_insts =:mate_insts = a.instances.values()obj_names = obj_names + all_instancesif obj_names-1=obj_names = obj_names：-1inst_names =for instl in base_insts:inst_nam
15、es.append(inst1.name)if instl.name not in insts_range.keys():insts_rangeinst1.name = poi_range(inst1) #获取实例的空间范围for inst2 in mate_insts:if inst2.name not in insts_range.keys():insts_rangeinst2.name = poi_range(inst2)if action = tie:total_0 = len(_m.constraints)cont_func = s2s_tieelif action = contac
16、t:total_0 = len(_m.interactions)cont_func = s2s_contactif action = 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elif action = contact:cont_func = s2s_contact # 指向建立 contact 关系(即 interaction)的 s2s_contac t()函数。# Situation 4if base_set = mate_set =if sets in meth
17、od:sets_tried = Truefor inst1 in base_insts:part = _m.partsinst1.partName # _m = mdb.modelsModel-1for setname in part.sets.keys():if setname0:3 = fcfound = Falseprefix = 3setrangel = set_range(inst1,setname) 获取 set 的空间范围for inst2 in mate_insts:if inst2.name = inst1.name:continuespace2 = insts_rangei
18、nst2.namecross = intersect(setrange1,space2) 获取 face set 与 mate inst 的交集if cross = False:continueprint print Finding mate faces of,inst1.name,by its setname=,setname,(metho d= + str(method) + , byseed= + byseed + , one_one= + one_one + ).faces1,faces2 = faces_pair(setname,inst1,inst2,method=method,b
19、yseed=byseed) 查找mate faceif len(faces2) 0:found = Trueif baseOn = master:name = action:3 + _ + instl.name + _ + setnameprefix + len(inst1.pa rtName) + 1: + (m)/ + inst2.namecreated = cont_func (master_inst= inst1, slave_inst=inst2, name=name, m s prop=prop)elif baseOn = slave:name=action:3 + _ + ins
20、t2.name + (m)/ + inst1.name + _ + setname prefix + len(inst1.partName) + 1:created = cont_func(master_inst=inst2,slave_inst=inst1,name=name, m s prop =prop)if created:find_num = find_num + 1print num =,find_num, ”, find by base_insts face set:, fc_xxxx /if one_one = yes: #假如一个实例只是跟另外一个实例而不是另外多个实例相 接
21、触的话。breakif not found:print No mate faces was found in mate insts based on setname=,setname,of,inst1.name# Situations (cross-range method)if find_num = 0:printif sets_tried = True:print Failed by face sets method.print Trying cross-range method. cross_tried = Truefor instl in base_insts:spacel = ins
22、ts_rangeinst1.namefor inst2 in mate_insts:if inst2.name = instl.name:continuespace2 = insts_rangeinst2.namecross = intersect(space1,space2) #获取两个实例之间的交集if cross False:range_x, range_y, range_z, cross_type = crossif cross_type flat_tangent:continueprintprint Finding mate faces of, instl.name, in, ins
23、t2.name,.if find in method:faces1 = face_select(inst1,x=range_x,y=range_y,z=range_z, external=True)faces1,faces2 = faces_pair(faces1,inst1,inst2,method=find,byseed=bysee d)elif search in method:faces1 = face_select(inst1,x=range_x,y=range_y,z=range_z, external=True)faces2 = face_select(inst2,x=range
24、_x,y=range_y,z=range_z, external=True)if len(faces1) 0 and len(faces2) 0:if baseOn = master:name = inst1.name + (m)/ + inst2.namecreated = cont_func(master_inst=inst1, slave_inst=inst2, name=name, m s pr op=prop)elif baseOn = slave:name=inst2.name + (m)/ + inst1.namecreated = cont_func(master_inst=i
25、nst2, slave_inst=inst1, name=name, m s pr op=prop)if created:find_num = find_num + 1print num =,find_num, , find by flat_tangent cross-range between twoinstances:, instl.name, /,inst2.name从find_contacts()函数的原型可知，该函数的使用是非常灵活的。可以不提供任何参 数，也可以只提供部分参数。完全不提供任何参数时，所建立的部分接触对的主从面或者类 型(contact或tie)可能需要更改，这和AB
26、AQUS CAE中的通用接触的界面操作情况是一样 的。当提供参数时，所建立的接触对通常不需要修改了。部分具体使用形式如下所示：# Interactions# find_contacts(tie,slave_parts=beam2,master_parts=beam1)# find_contacts(tie,slave_parts=beam3,beam4,master_parts=beam2,method =cross)# find_contacts(tie,slave_parts=sup,master_parts=beam2,method=sets)# find_contacts(tie,sl
27、ave_parts=sup,master_parts=panel,baseOn=master)# find_contacts(tie,slave_parts=sup,master_parts=panel,method=cross)# find_contacts(tie,slave_parts=sup,master_parts=panel,slave_set=fc_su p_top,master_set=fc_panel_rail_left)# find_contacts(tie,slave_parts=sup,master_parts=panel,slave_set=fc_su p_top,
28、method=find,byseed=no)# find_contacts(tie,slave_set=fc_sup_top,master_set=fc_panel_rail_le ft) #只提供 face set# find_contacts(tie,slave_parts=rope1,rope2,rope3,rope4,master_parts= beam1,method=cross)# find_contacts(contact,slave_parts=beam2,master_parts = con2)find_contacts() #完全不提供任何参数。下面在参数全部缺省的情况下的
29、让find_contacts()函数自动查找和建立接触对。该函 数还可以通过检查防止建立重复的接触对。该函数对每一个接触对的主从面均建立face s et以便检查接触对的实际接触面积。部分查找过程的输出信息如下： find_contacts()Finding mate faces of panel_A6 by its setname= fc_panel_rail_right (method = sets, find, byseed=no, one_one=no).Refine the source face set fc_panel_rail_right in panel_A6 .In pan
30、el_A6 : 4 faces selected. external= NA , ndir= NA , radius= NA , sid e= NAIn sup_A56 : found 4 mate faces.created has existed.Checking tie: The insts pair to beFinding and verifying 4 mate facesin panel_A6 based on master inst= sup_A56In panel_A6 : found 1 mate faces.#1 : Verified.In panel_A6 : foun
31、d 1 mate faces.#2 : Verified.In panel_A6 : found 1 mate faces.#3 : Verified.In panel_A6 : found 1 mate faces.#4 : Verified.slave_inst= panel_A6Creating tie: master_inst= sup_A56Created new set for rootAssembly , setname= _tie_sup_A56(m)/panel_A6_ rail_right(master) , settype = facesCreated new set f
32、or rootAssembly , setname= _tie_sup_A56(m)/panel_A6_ rail_right(slave) , settype = facesTie tie_sup_A56(m)/panel_A6_rail_right was creatednum = 200 , find by base_insts face set: fc_xxxx /Finding mate faces of rope1_A by its setname= fc_rope1_left (method=sets ,find, byseed=no, one_one=no).Refine th
33、e source face set fc_rope1_left in rope1_A .In rope1_A : 8 faces selected. external= NA , ndir= NA , radius= NA , side =NANo mate faces was found in mate insts based on setname= fc_rope1_left of rope1_AFinding mate faces of rope1_A by its setname= fc_rope1_right (method=set s, find, byseed=no, one_o
34、ne=no).Refine the source face set fc_rope1_right in rope1_A .In rope1_A : 8 faces selected. external= NA , ndir= x , radius= NA , side= NAIn beam1_A1 : found 4 mate faces.Creating tie: master_inst= beam1_A1 , slave_inst= rope1_ACreated new set for rootAssembly , setname= _tie_beam1_A1(m)/rope1_A rig
35、ht(master) , settype = facesCreated new set for rootAssembly , setname= _tie_beam1_A1(m)/rope1_A right(slave) , settype = facesTie tie_beam1_A1(m)/rope1_A_right was creatednum = 201 , find by base_insts face set: fc_xxxx /Finding contact results:Command: tie, all_instances(slave)=all_instances: 206图
36、6所有的接触对（206个）由上可见，find_contacts （）函数准确地找到并建立了所有的206个接触对（如图6所 示）。该函数的效率较高，在本例中，所花时间甚至比ABAQUS软件界面操作进行通用接触 的查找和建立还短些。从代码数量来说，上面程序方式只须一行语句即可，而界面操作进行 通用接触查找和建立所记录的Python脚本多达两万多行（根据abaqus.rpy文件）。另一方 面，界面操作可能不能完全找到所有的接触对，有时又建立了多余的接触对，有时要反复多 次查找或删除一些多余的接触对。这都离不开对接触对的检查、更改。3.2.接触对的列表汇总与更改本人利用自行编写的list_contac
37、ts()函数，对所有接触对列表和汇总如下: list_contacts()Individual contact pairs are listed as below:tie_beam1_A1(m)/beam2_A1_left: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A1(m)/beam2_A2_left: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A1(m)/beam2_A3_left: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A1(m)/beam2_A4_left: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A1(m
38、)/beam2_A5_left: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A1(m)/con1_A1_top: tie: beam1(m)/con1,tie_beam1_A1(m)/rope1_A_right: tie: beam1(m)/rope1,tie_beam1_A1(m)/rope2_A_right: tie: beam1(m)/rope2,tie_beam1_A2(m)/beam2_A1_right: tie: beam1(m)/beam2,tie_beam1_A2(m)/beam2_A2_right: tie: beam1(m)/beam2,tie_sup_A
39、53(m)/panel_A3_rail_right: tie: sup(m)/panel,tie_sup_A54(m)/panel_A4_rail_left: tie: sup(m)/panel,tie_sup_A54(m)/panel_A4_rail_right: tie: sup(m)/panel,tie_sup_A55(m)/panel_A5_rail_left: tie: sup(m)/panel,tie_sup_A55(m)/panel_A5_rail_right: tie: sup(m)/panel,tie_sup_A56(m)/panel_A6_rail_left: tie: s
40、up(m)/panel,tie_sup_A56(m)/panel_A6_rail_right: tie: sup(m)/panelparts contact summary:tie: beam1(m)/beam2: 10,tie: beam1(m)/con1: 2, # (1)tie: beam1(m)/rope1: 1,tie: beam1(m)/rope2: 1,tie: beam1(m)/rope3: 1,tie: beam1(m)/rope4: 1,tie: beam2(m)/beam3: 44,tie: beam2(m)/beam4: 11, tie: beam2(m)/sup: 6
41、0,tie: con2(m)/beam2: 15, # tie: sup(m)/panel: 60 # (3)fe区密串栽冉电焦也如 .甲申.田s Farts Cl2)Materials (15)Sections (12)ProfilesAsseinblySteps (1)Field Output RequestsHistory Output RequestsTime Points&蚪 Adaptive M巳3h Constraints宜口让Ectignm君 Int&ract 1 on Properties (2)tl Contact Controls什 OuE act Ini i aEi 踱
42、tions捐 况包瓶1_A1 (虱)昭洒t tie_beanlAL (hl) /b&ain2_A2_lef t tie_beal_AL (n) 眼&福_A3_1 毕ft tie_be辿1_ A L(就)/b&an2_A4_left tie_besL!hl_Al (m) /be-ain2_A5_left tip hFAmlA1 mn图7接触对在CAE界回中的显示其中，接触对的表达格式（即命名）为：tie_实例1 （m）/实例2（m）表示实例1为m aster（m 是 master 的缩写）。例如接触对 tie_beam1_A1（m）/beam2_A1_left：该名称包含 了多层含义：1）该接触
43、对为tie； 2）master实例为beam1_A1 （其part名为beam1），而sl ave实例为beam2 A1（其part名为beam2） ； 3）该接触对是根据beam2的face set即fc be am2_left寻找出来的。由上述接触对的汇总结果可知，find_contacts()查找并建立了 206个接触对，但其中 有三种接触对需要修改(如上汇总中的阴影所示)。这在界面操作中利用通用接触查找按钮的 查找结果是类似的。1) sup与panel的接触关系中，master part应该为panel，而slave part应该为su p。所以接触关系需要颠倒一下。命令如下： swa
44、p_master_slave(tie,sup,panel,master=panel)Master and slave swapped successfully for 60 contact pairs.然后再list_contacts()，结果如下：parts contact summary:tie: beam1(m)/beam2: 10,tie: beam1(m)/con1: 2,tie: beam1(m)/rope1: 1,tie: beam1(m)/rope2: 1,tie: beam1(m)/rope3: 1,tie: beam1(m)/rope4: 1,tie: beam2(m)/b
45、eam3: 44,tie: beam2(m)/beam4: 11,tie: beam2(m)/sup: 60,tie: con2(m)/beam2: 15,tie: panel(m)/sup: 60由于panel与sup的关系唯一(全部为master=panel)，也可以简写成如下的命令形 式： swap_master_slave(tie，sup,panel)Master and slave swapped successfully for 60 contact pairs.2) 下面设置con2与beam2之间的接触关系为interaction(接触，contact)，而不是 constraint(tie)，而且它们之间有摩擦作用(摩擦系数取0.15)。需要说明的是，假如通过 软件界面操作进行通用接触对的查找和建立，那么建立之后的接触对是没法进行类似的转换 的。而通过swap_contact_tie()函数，这种转换是很容易的事情。命令形式如下：swap_contact_tie(con2,beam2,convert_
