Abaqus三维多晶体建模：Voronoi多面体

hello，大家好呀。今天是2020-12-09。又到了今天的脚本时间，昨天因为我忙着别的事了，所以托更了一天了，抱歉抱歉。今天给大家带点硬核的东西，三维多晶体Voronoi多边形建模。

如果有做晶体塑性力学的小伙伴应该懂，其实做这个是不大容易的，关是建模就已经是拦路虎了。上次出了一期关于2D多晶粒建模的脚本，得到许多粉丝的赞，谢谢大家的认可。也有粉丝留言说想要3D的建模脚本，当然，我既然写了二维的，肯定会有三维的。今天我就给大家隆重介绍一下我们新的脚本，三维多晶体建模。（没看过二维的小伙伴先看二维的）

Abaqus二维多晶粒建模python脚本2.0+晶粒的随机取向

无悔果 · 4622阅读

还记得，当年我自己在做这个三维多晶建模时，其实我自己也做二次开发不久，处于什么都懵懂的状态。网上基本上是没有这类的免费资源。当时我年少不服气，就是不想买（其实买了，别人也不会把源脚本卖给你的，只是给你一个插件）。于是我在家闭关，苦思冥想，皇天不负有心人，终于有一天，我算是小彻小悟了。虽然这个过程比较艰辛，但是我也从中收益匪浅，我写脚本的能力，也是在这个建模过程中得到了很大的锻炼。未来的你终是会感谢现在正在奋斗的你。

大家也一样，喜欢一个事，要坚持下去，别人能做的，为什么我们不能做呢，别人会写的，为什么我们不能写呢。坚持下去，你们就是最强的。👍👍

收敛一下，不喂鸡汤了，接下来，就开始我们今天的教学吧。

其实三维与二维的建模思路是一致的，但是难度上是天差地元的，二维的着实简单。三维的建模还是有点难。那么今天，我就要把这个说起来难的，给大家解释清楚了，让你们每个人都会写。首先上一张最终的结果图：

下面我们就来说，怎么做。

1 Voronoi类对象的数据生成

这一步特别重要，在abaqus里写脚本要有两个步骤，一个是数据处理，第二个就是在abaqus里实现。这一步，就是最重要的数据处理一步。大家想，你想做三维的多晶体模型，是不是需要这些多面体的信息才能在abaqus里画出来？首先你得有这些信息，你才能在abaqus里画出来，对不对，所幸的是，生成这个三维多面体的数据信息非常的简单，因为已经有大佬帮我们做好了，这个东西就是scipy，scipy是我个人最推崇的数据分析四大必备神包之一，另外三大将分别是numpy、sympy和matplotlib。做过python数据分析的人应该知道，这些包。这几个包加起来，够你分析任何数据了。

今天我们用到的包，就是Voronoi类，其实我在二维建模里已经讲过了，这里再讲一遍，足以看得出这个东西的重要性。我们只需要简简单单的把随机种子的给它，它就能返回给我们一个voronoi对象，就是我们需要的三维多面体数据。代码怎么写呢：

上面的是导入包，下面的是取这个多边形对象的两个非常重要的属性。真正生成的，就两句话，一句是生成随机种子点，一句是调用Voronoi类，生成vor对象。到此位置，我们的vor三维多面体数据就已经生成了，但是，数据处理，还并未结束。因为，它给你的，并不总是你想要的，你还需要把你不想要的东西给除去。这就是咱们做数据处理的目的。

大家从上面的代码可以看到，我把对象的两个属性分别给了两个变量，一个是vertices，一个是edges。这两个属性是什么，如果又不知道的，请看我前两个关于二维建模的例子。vertices指的是多面体的点坐标，edges指的某个平面上，所有边的连接点。举个实际的例子看，vertices是点坐标很好理解，这个edges是平面上有哪些点，它的数据，就是vertices的编号。-1表示无限远处，没有vertices与之对应：

之前我做了两个版本的二维建模，其实有个原因就是，无限远的点到底算不算。再二维中有两个选择，三维里，我推荐是别算了无限远的点位置了，把种子点的范围弄大一点，包裹住你想要的基体，然后在生成的多晶粒里直接切割处理就行。我这么说大家可能有点懵，等会看例子就明白了。

那么数据处理好了之后，有了多面体的空间信息，就要在abaqus里重构了，重构怎么做，咱们继续说：

2 Abaqus重构Voronoi

在abaqus里重构说起来挺简单，其实做起来，本质也不难。难就难在，你可能都不知道怎么在cae里做，大家如果不信的画，自己在abaqus里画个正四面体处理试试看，挑战成功的，留言告诉我，给你点个大大的赞，我就不剧透了，我只说脚本怎么做了。

我这里是把线和面一块儿生成了。什么意思呢，首先edges是一个列表，里面的每一个元素都是一个面上的信息，对edges做循环，然后把一个面上的线生成完之后，直接生成面。继续下一个循环。

画线的函数WirePolyLine，需要的参数是一个面上的点坐标。所以啊，由于对象里没有直接的面上点坐标类，就需要对它进行数据处理了，把edges里的点编号变成实际的坐标。

实现的脚本是，这里还要提一点，程序做了一个判断，31行，如果edge里有含有-1，说明这个面里有无限远的点，没有直接的点坐标与之对应，意味这，这个面就构成不了。就放弃生成这个面了。这里要注意下。

然后我还做了一个处理，当然这个处理可有可无，只是我个人的原因。就是下面这段

到此为止，我们还差最后两句话，所有的重构脚本就已经写的差不多了。这两句话就是把面弄成体，很简单，两句话。

如果现在运行是可以出结果的。比如，我们测试一下两种情况，加不加上述的代码，生成的多面体，有什么区别。（其实到这一步之前，我是经过大量测试才确保脚本正确的，没有人写脚本是一遍过的，都是不停的尝试，犯错。大家在写的时候也一样，经常去运行测试。软件这东西，随便运行，又不会犯什么大错，最多就是重启电脑，最差就是重装系统，还怕个什么，都是做二次开发的人，装个系统应该不是难事吧，有不会装系统的的跟我说，我单独指点一下。）好，测试一下。下面这个图，是没经过算法处理的，生成出的模型有点像机动战士的，可以看出，它有些点离模型很远。