实战分享：基于Abaqus的自动化仿真系统

1、引言

之前跟大家分享了，关于如何基于Abaqus利用python脚本进行一些基本的二次开发工作，讲述了如何利用Abaqus的录宏功能，在操作的过程中录制一些关键的脚本，来获取执行相关的操作对应的代码，包括前处理、仿真作业提交、以及后处理的实现。对这部分内容还不太了解的同学，可以找到我之前的博客看看，下面是包含这些内容的博客的链接。

今天要跟大家分享的不只是如何在Abaqus中如何进行功能开发，更是从一个基于Abaqus的辅助分析软件系统的角度，给大家分享一下，基于Abaqus的仿真软件一般包含哪些功能模块，以及这些功能模块的数据传递流程。

2、综述

2.1 基于Abaqus的仿真系统的基本定义

所谓基于Abaqus的仿真系统，大概如下面的Abaqus仿真系统框架图。其实就是把原来手动的操作，包含研究人员工作积累的标准的仿真流程及仿真专家经验（包含模型处理、边界条件处理等）通过编程（推荐使用python脚本）将数据控制系统、仿真终端及数据库软件，集成到软件系统中，一般要求软件系统的数据控制系统，UI界面便捷易用。通过软件系统更加快速地进行仿真工作，提升工件的设计效率。并通过数据库管理软件，将仿真数据以一定的格式保存起来，便于后期进行快速追溯，提升数据管理、分析效率。

Abaqus仿真系统框架图

2.2 Abaqus仿真系统基本功能

Abaqus仿真系统一般包含这些基本的功能：1、仿真工程的管理；2、具备优良人机交互设计的软件界面供用户输入仿真相关的数据；3、研究仿真终端的外部调用启动机制，编写外部调用算法启动仿真终端，即Abaqus。4、仿真完成后，能够获取仿真结果，并通过良好的界面展示给用户。5、一般仿真结束，获取到的仿真结果，包含图片（一般为应力、应变等云图）和一些数据（例如最大变形或最大应力），基于这些数据可以在word中生成仿真报告，供用户直观查看当前仿真的效果，以及存档备用。6、仿真报告是对单次仿真结果的一种记录手段，更多时候，我们比较关注的是多次仿真的结果，可以基于这些数据研究某些参数对关注性能目标的影响，需要将单次仿真的结果存储到数据库中（建议使用开源的MySql数据库）。

以上就是一个Abaqus仿真系统需要具备的基本功能，事实上这些基本功能适用于基于各种仿真终端进行开发的仿真系统，只不过对于不同的仿真终端而言，仿真终端外部驱动的接口或技术有所区别。

3、仿真系统功能模块详解

上面说明了一个Abaqus仿真系统包含的基本功能，本节将对这些基本功能进行详细说明，主要说明的是，如何使用编程语言进行这些功能的开发。

3.1 仿真工程管理

仿真工程管理包括创建、打开、删除、查找和修改仿真工程，这些仿真工程是基于仿真系统的语义定义的，一般创建一个仿真工程需要提前准备好，这次仿真工程的一些物料、材料、相关的载荷和边界条件，这些数据一般通过xml或数据库提前维护好，在创建仿真工程的时候将其导入显示在系统界面上。下图为通过XML格式维护的材料数据和部分仿真设置信息。

创建、打开仿真工程功能的界面相对简单，可以在利用在VS利用C#的WinForm工程直接拖拽搭建，下面为创建的创建工程的界面，这些界面包含一些必要的交互数据，这个一般都是根据用户需求来的，就不细说了。还有后面展示的所有界面都是通过C#的Winform搭建，不再赘述，重点说明这些模块的数据流。

仿真工程创建界面

3.2 仿真数据输入

仿真数据输入提供了让用户输入仿真必须要的数据，这些数据是根据仿真实际需要来的，一般需要以前维护一些默认值，如维护材料库（可能需要专门的材料库维护系统）、仿真设置属性（载荷、网格数量、网格尺寸、迭代步长等），仿真数据输入一般涉及比较多的数据交互，因此界面的UI设计要重点关注，这部分UI设计的好坏直接决定了，用户使用体验的好坏。

下图为仿真数据输入的一个示例，对需要数据的数据进行明确的分类，将需要多次操作的仿真核心的位置，最好提供一张分析部件的结构图，让用户在输入相关数据的时候能够进行参考。

仿真数据输入UI界面

3.3 仿真终端驱动

这部分是纯底层的行为，需要从外部一般为我们自己开发的仿真系统，去调用仿真终端即Abaqus，外部调用Abaqus是通过命令行参数的方式实现，调用Abqus 的.exe格式的程序并传入相关的参数驱动Abaqus启动，根据输入设置模型材料、载荷、边界，然后进行仿真，最终输出仿真结果（这部分技术不明白的，可以参考文章开头提到的那篇文章，或者联系我们进行技术咨询）。

下面为基于C#写的外部调用Abaqus的接口，入参可以是需要执行的python脚本路径。

 public bool create_abaqus(string py_script_command)//批处理调用abaqus        {            bool creat_process_flag = false;            try            {                Process p = new System.Diagnostics.Process();                p.StartInfo.FileName = "cmd.exe";                p.StartInfo.UseShellExecute = false;    //是否使用操作系统shell启动                p.StartInfo.RedirectStandardInput = true;//接受来自调用程序的输入信息                p.StartInfo.RedirectStandardOutput = true;//由调用程序获取输出信息                p.StartInfo.RedirectStandardError = true;//重定向标准错误输出                p.StartInfo.CreateNoWindow = true;//不显示程序窗口                p.StartInfo.WindowStyle = System.Diagnostics.ProcessWindowStyle.Minimized;//关键代码                p.Start();//启动程序                //向cmd窗口发送输入信息                p.StandardInput.WriteLine(SIMULIA_Temp_path);                p.StandardInput.WriteLine(py_script_command);                p.StandardInput.WriteLine("exit");                p.StandardInput.AutoFlush = true;                //获取cmd窗口的输出信息                //string output = p.StandardOutput.ReadToEnd();                //p.WaitForExit();//等待程序执行完退出进程                //p.Close();                //Console.WriteLine(output);                creat_process_flag = true;            }            catch (Exception)            {                 throw;            }                            return creat_process_flag;        }