基于Abaqus的预制混凝土装配结构干式节点参数化建模分析插件二次开发.pdf
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1、第32 卷第2 期2023年6 月计算机辅助工程Computer Aided EngineeringVol.32 No.2Jun.2023文章编号:10 0 6-0 8 7 1(2 0 2 3)0 2-0 0 37-0 7D01:10.13340/j.cae.2023.02.008基于 Abaqus 的预制混凝土装配结构干式节点参数化建模分析插件二次开发张纯,方耀楚1.2(1.南华大学土木工程学院,湖南衡阳4 2 10 0 0;2.中国核建高性能混凝土重点实验室高性能特种混凝土湖南省重点实验室,湖南衡阳4 2 10 0 0)摘要:为提高预制混凝土(precastconcrete,PC)装配结构
2、干式节点建模分析速度并简练输出显示分析结果,通过Python语言编制参数化建模和图像数据可视化分析内核脚本,基于Abaqus提供的图形用户界面与内核脚本之间的人机交互原理,创建专用GUI界面插件。结果表明:二次开发的前处理GUI界面可显著提升节点建模的效率;后处理开发能根据用户的不同需求选择特定的数据图像,并以图片的形式便捷呈现。关键词:预制装配干式节点;二次开发;前后处理;GUI界面中图分类号:TU973.12;T B115.1Secondary development of parameterized modelinganalysis plug-in of precast concrete
3、 assemblydry joint based on AbaqusZHANG Chun,FANG Yaochu.2(1.School of Civil Engineering,University of South China,Hengyang 421000,Hunan,China;2.Hunan Provincial Key Laboratory of High Performance Special Concrete,China NuclearConstruction Key Laboratory of High Performance Concrete,Hengyang 421000,
4、Hunan,China)Abstract:To improve the modeling and analysis speed of dry joints of prefabricated concrete(PC)assembly structures and concisely output and display the analysis results,parameterized modeling andimage data visualization analysis kernel script is compiled by Python language,and a special
5、GUIinterface plug-in is created based on the human-computer interaction principle between the graphical userinterface and kernel script provided by Abaqus.The results show that:the redevelopment of the pre-processing GUI interface can significantly improve the efficiency of the joint modeling;the po
6、st-processingdevelopment can select specific data images according to users different needs,and present them in theform of images.Key words:pre-assembly dry joints;redevelopment;pre-and post-processing;GUI interface文献标志码:B收稿日期:2 0 2 2-11-2 2 修回日期:2 0 2 2-12-19基金项目:湖南省自然科学基金(2 0 2 1JJ30575)作者简介:张纯(19
7、98 一),男,湖南永州人,硕士研究生,研究方向为Abaqus/CAE的参数化二次开发,(E-mail)通信作者:方耀楚(198 3一),男,湖南邵阳人,副教授,博士,研究方向为结构分析与优化,(E-mail)cae ;smucae http:/380引 言装配式钢筋混泥土框架结构梁柱连接节点位置特殊,虽然相对比较薄弱,但却是非常关键的受力部位,使得其一直是影响结构性能的核心受力部位 。在实际工程应用中,构建预制混凝土(precastconcrete,PC)装配结构干式梁柱节点(简称PC结构节点)模型进行有限元分析,过程过于机械、琐碎,重复性手动建模不仅消耗大量的时间和人力,结果还极易受设计人
8、员技术水平的影响。因此,如何快速实现此类节点的参数化建模和分析结果输出,显得尤为重要。Abaqus提供丰富的二次开发接口,通过图形用户接口,可创建新的图形用户界面和用户交互界面,结合适用性和可读性强的Python语言,为PC结构节点前、后处理二次开发的实现奠定基础。马川2 针对常用的框架结构,利用Python语言进行二次开发,构建框架结构设计平台,实现框架结构一键建模和自动配筋设计。田玉泰3 基于Abaqus前、后处理进行二次开发,分析某柴油机机油-水冷却器模块组件,提高建模效率并实现可视化数据分析。本文围绕PC结构节点,介绍GUI界面插件开发流程和模型组件,开发前处理中Part、Pr o p
9、 e r t y、Assembly、M e s h、Lo a d、I n t e r a c t i o n 等参数化模块功能插件,以及后处理中低周反复位移载荷作用下的加载时程曲线、滞回曲线和位移应力云图等定制化输出显示的交互功能界面。新建明、暗2 种牛腿干式节点的前、后处理GUI界面,内置丰富的材料属性库,界面清晰简明、功能全面,降低用户使用难度,为不常接触Abaqus的用户提供便利,为熟练使用Abaqus的用户提供丰富的建模工具包。1GUI插件开发流程PC结构节点GUI界面插件的开发流程主要包括用户交互界面开发、相应的内核脚本编制和输入到Abaqus中交互保存等3个部分。Abaqus用户界
10、面GUI的集成主要有2 种方式:(1)使用RSG对话框构造器创建;(2)使用AbaqusGUI工具包创建4 。前者开发相对容易且界面规整统一,故本文采用RSG对话框构造器进行二次开发。结合Abaqus提供的宏录制功能和Python语言编程软件EditPlus编制内核脚本,通过Kernel标签页将内核程序输人到插件中控制GUI界面,PC结构节点二次开发流程见图1。http:/计算机辅助工程Abaqus有限元分析平台GUI集成方法RSG对话框构造器PC结构节点前、后处理用户交互界面Kernel标签页保存GUIplugin完成PC结构节点二次开发图1PC结构节点二次开发流程21PC结构节点模型PC结
11、构节点主要包含PC梁、PC带牛腿柱、梁柱钢筋笼、角钢、插销杆、螺栓杆等部件。为简化有限元模型,将梁柱钢筋笼的绑扎视为一体连接;忽略插销杆、螺栓杆和螺母的丝扣连接,不进行精细化建模;角钢采用整体建模,忽略连接焊缝的影响。PC结构节点模型组件见图2。2361一预制梁;2 一预制柱;3一预制牛腿;4 一梁钢筋笼;5一柱钢筋笼;6一角钢;7 一插销杆;8 一螺栓杆图2 PC结构节点模型组件节点中角钢材料默认为Q235钢,内核脚本中已定制好Q345、Q 390 和Q420钢,用户也可以选择使用;PC梁柱和牛腿的混凝土默认属性为C30,二次开发程序中也提供C30C50的混凝土材料属性;对于预制梁是否有预应
12、力筋,程序中设置“是否留有预留孔洞”的选项供选用。值得注意的是,用户除按照本文开发程序的规则、规定建立模型外,还可以根据实际情况和需求,在原本的Abaqus/CAE中修改调整模型3GUI界面和脚本程序开发在传统的Abaqus/CAE界面创建PC结构节点cae ;smucae 2023年EditPlus编程软件程序来源宏录制功能手动编程PC结构节点内核脚本8第2 期的过程中,一般先在 Part 模块创建梁柱、钢筋和角钢等部件模型,在Property模块赋予对应材料属性,在Assembly模块合并部件,在Mesh模块划分网格,在Load和Interaction等模块手动设置输人参数和定义接触,然后
13、在Job模块创建作业并提交,最终进行有限元计算和图形数据分析。基于此类PC结构节点模型在CAE界面中常用操作方法的复制性和规律性,进行脚本程序及GUI界面二次开发,具体技术路线见图3。将节点各部件和前、后处理阶段进行拆分,从Part到Job等功能模块以部件为单位统一划分,包含前处理中角钢、螺栓杆、预制梁柱、节点整体组装计算等。后处理中图形数据单独可视化输出2 个大模块的6 个小模块。PC结构节点GUI首界面见图4。这一操作过程绕过Abaqus/CAE用户图形界面,直接与Abaqus内核进行通信交互,同时可以完成Abaqus/CAE未提供的功能5,在增强本文开发的PC结构节点GUI 界面插件意义
14、的同时,推广其解决实际工程问题的价值。PC结构节点GUI首界面前处理部分角钢脚本螺栓杆脚本 预制梁脚本预制柱脚本节点整合脚本角钢界面螺栓杆界面预制梁界面预制柱界面节点整合界面PartPartPartPartPropertyMeshMesh张纯,等:基于Abaqus的预制混凝土装配结构干式节点参数化建模分析插件二次开发JG-MeshPatPantJGirCXCGCJGKPropery2Q34529390E20420STARTNGUNS GUYZ.GUIYZLGUPartPropertyPropertyPropertyAssemblyMesh后处理部分39件材料相应密度、弹性模量和泊松比等参数,同
15、时要创造截面、指派截面、组合部件等。一栋装配式钢筋混泥土框架结构建筑,有成千上万的类似角钢和螺栓杆,需要加减板厚、改变肋板数量和改变螺杆半径等,若这些全都采取人工手动建模,其过程繁琐程度可想而知。将建立角钢和螺栓杆的全部步骤和功能,布置在JGGUI和LS GUI这2 个用户交互界面上。用户只需根据实际的角钢和螺栓杆尺寸,按照GUI上的尺寸说明图,即 JG Chi Cun Tu 和 LS Chi Cun Tu 的规定,对号入座地输人尺寸数据,就能实现角钢和螺栓杆的一键建模。应用GUI插件完成后的模型见图5 和6。STARTAG-GUIIS GUYZZ GUYZLGUIZBCBH?CXCOr1JG
16、CDBJGGNotie:The detultftrazs图5JG CUI 界面L5SCNi CunTuLS.3DSHTuAssemblyLoad JobJG3DSNTuLSKJGKCBOKJG-3DTU28FMeshTheabreviation,Plese efe to descitionBH位移云图DAMAGET位移时程曲线DAMAGEC应力云图完成PC结构节点建模分析图3PC结构节点GUI界面插件开发技术路线装配式钢筋混凝土结构梁柱干式节点ABAQUSGUICWELCOMTOUSE图4 PC结构节点GUI首界面3.1角钢和螺栓杆GUI及脚本开发在Abaqus/CAE中构建主要耗能构件角钢和
17、螺栓杆,须建立组成角钢的主体和肋板,以及螺栓杆的螺杆和螺母实体部件。赋予材料属性即输人每一部cae ;smucae 图 6 LS GUI 界面对于GUI 插件,最重要的是控制参数化建模界面的内核脚本,图形用户界面负责收集建模数据,内核程序负责处理数据并形成INP文件6 。可以这样理解,用户交互界面仅仅是躯壳,而内核程序才是内在控制大脑。其中,角钢的内核程序编制采用rectangle()和Line()命令,将主体和肋板部件关键点的坐标(如pointl=(0.0,k 1),p o i n t 2=(k 2,k 3),)首尾连接成草图,使用拉伸长度命令depth拉伸完成角钢Part部分。螺栓杆是圆形
18、对称结构,其实体创建直接采用旋转命令Revolve(),在草图中确定旋转截面,设置旋转角度命令angle=360,可将螺杆连同螺母一起创建完成,角钢和螺栓杆GUI部分代码见图7。http:/图10 明、暗牛腿预制梁GUI部分代码40from abaqus import*from abaqusConstants import*import_maindefMacro1(ptm4.k7.k12.q345.):importsectionimportcomnectorBehavior#JGPartsl.rectangle(pointl=(0.0,0.0),point2=(k13,k7)sl.Cirele
19、ByCenterPerimeter(center-(k6,3*k7/4),point1-(k6,3*k7/4+k9)p=mdb.modelsModel-1-partsJG-DBp.BaseSolidExtrude(sketch=sl,depth-hd)p=mdb.modelsModel-1,partsptm4p.seedPart(size-jgm,deviationFactor-0.1,minSizeFactor-0.i)#LS Parts.ConstructionLine(pointl-(0.0,-5000.0),point2-(0.0,5000.0)s.FixedConstraint(en
20、tity-g2)s.Line(pointl-(0.0,0.0),point2-(0.0,k18+50)p=mdb.modelsModel-1-partslsp.BaseSolidRevolve(sketch=s,angle=360.0,flipRevolveDirection-OFF)#LSMeshp=mdb.modelsModel-partslsp.seedPart(size-lsm,deviationFactor-0.1,minSizeFactor-0.1)3.2预制梁GUI及脚本开发传统的PC结构节点预制梁主要包括明牛腿梁和暗牛腿梁2 种形式。明牛腿梁节点主要应用于厂房;为避免影响空间利
21、用和确保建筑美观,一般建筑会做成暗牛腿梁节点。7 考虑到预制梁GUI插件的适用性,本文创建明、暗2 种牛腿预制梁用户交互界面,见图8。STARTJGGUILSGUNYZ.GUNYZLGUAIJMCLYJMJJLcAICXCFLJJRLJJE(Yes./No,YutiuDong)YLDRYzuinameSLOSTARTJGGUNLSGURYZZGUYZLOUIYzLinameYIMC图8 牛腿预制梁用户交互界面http:/计算机辅助工程明、暗2 种牛腿预制梁用户交互界面(即MNTYZL GUI和ANTYZL GUI)都包含Part、Pr o p e r t y 和Assembly等3个部分。用户
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