Abaqus二次開發捕獲幾何元素方法歸納

作者：大磊abaqus(設備機械工程師，喜歡琢磨三維建模軟體使用中的「奇技淫巧」，懂一點CAE軟體應用和二次開發。)

本貼針對abaqus支持的幾何元素選取方法做一個梳理匯總，對其應用範圍和注意事項進行說明，以期對各位二次開發者有所幫助。在使用python腳本處理abaqus 模擬分析的模型時，一個不可避免的問題就是選取各種幾何元素並為之賦予集合，以滿足材料賦予、種子點指定、載荷/邊界條件/約束/接觸等操作的需求。賦予集合這一過程本身並無太多難度，但是幾何選取，尤其是複雜模型的幾何選取，有時會讓二次開發者頗費一番周章。

1.Abaqus中支持的幾何元素的種類

如圖所示，abaqus中支持的主要幾何元素有：cell（體）、edge（邊）、face(面)、vertex（頂點）、interesting points（關注點，包含三種：邊中點、弧中點和弧圓心），reference point（參考點），以及由虛擬拓撲壓縮掉的點線（ignored vertex/edge）。我們日常工作中常用的幾何元素都可以全面覆蓋到了。同種幾何元素組成的序列，abaqus中專門稱之為geometry sequence對象，是一種類似list的數據結構。生成Set時使用的幾何元素，實際上就是這種幾何元素的序列，哪怕這個序列里只有一個元素。

2.幾何元素捕捉

2.1.通過序號捕捉

通過序號捕捉其實有兩種方法。

第一種是經典的index方法，一類幾何元素中的每個元素都有一個唯一的序號值，這個序號值可能和空間結構有些關係，也可能沒有太多關聯，而且在幾何模型發生變化後（比如做了一個partition），這些序號可能發生變化，因此當你的模型是靜態的，不會再加入新特徵，使用index來捕捉幾何元素還不失為一種方法。實際使用中，因為我們很難事先知道一個幾何元素的index，所以一般不直接憑空使用index來指定元素，往往是配合其他命令產生的index來尋找幾何元素，例如，cell對象有一個方法是getFaces()，這個方法可以返回一個cell上所有面的index，利用這種方法就可以很輕鬆地找到包圍一個體的所有面。使用index尋找幾何元素方法的語句非常簡單，和list的使用方法完全一致，可以單獨指定一個index，也可以進行切片操作：

mdb.models[name].parts[name].edges[i]

mdb.models[name].parts[name].edges[1：100]

第二種方法是第一種方法的抽象版，abaqus里的journalOption 對象裡面把這種方法稱之為COMPRESSEDINDEX，顧名思義，可以理解為一種壓縮後的index，用一串字元串來代表一系列的index。下面用實例來比較一下index和COMPRESSEDINDEX：

Index：

cells=c[4:5]+c[6:7]+c[14:15]+c[16:18]+c[19:20]+c[31:34]+c[36:37]+c[40:41]+

c[42:43]+c[51:52]+c[54:55]+c[63:64]+c[65:66]+c[69:70]+c[80:81]+c[84:85]+

c[88:89]+c[92:93]+c[100:101]+c[102:103]+c[104:105]+c[112:113]+c[114:115]+

c[119:120]+c[124:125]+c[126:127]+c[132:133]+c[137:138]+c[141:142]+

c[146:147]+c[151:153]+c[163:164]+c[166:167]+c[170:171]+c[173:174]+

c[175:176]+c[177:178]+c[181:184]+c[185:186]+c[187:188]+c[189:192]

COMPRESSED INDEX：

cells = c.getSequenceFromMask(mask=([#800b4050 #80480513 #11110022 #50850150 #1842210 #eae2a448 ], ), )

從例子中可以看出，index方法傻傻地把一些index的切片加起來，而getSequenceFromMask方法可以僅用一串mask字元串指代這些切片。getSequenceFromMask的壞處是：代碼可讀性很差，沒辦法知道這一串mask字元到底指代的是哪些index。因此，在實際使用中，很少有人自己去編寫這串字元串，往往是照搬那些從rpy里轉過來的腳本語句，當你的腳本處理的幾何體相對固定，而幾何體的數量又較大，用index或其他方法一時表示不清楚幾何體時，可以使用這種mask字元串的方法。當然，abaqus也提供了一種由幾何元素反推mask的方法：getMask()，提供了一種生成mask字元串的簡單方法。

如果事先知道想捕捉的幾何元素的序號或mask字元串，而且捕捉後幾何模型也不會發生變化時，用序號或者抽象化序號捕捉幾何元素是非常方便的。不過實際使用中我們往往並不事先知道序號，幾何模型也經常變化導致序號發生變化，因此，用序號捕捉幾何體的應用受到了很大限制。

2.2.通過空間所佔位置捕捉

空間位置捕捉幾何元素的方法，可以分為兩種：findAt方法和其他方法。

findAt方法可以通過點坐標來捕獲單獨的幾何元素或幾何元素序列，具體取決於提供給它的參數是一個簡單的只包含三個坐標的tuple（元組），還是一個包含有多組坐標點的tuple，即tuple的tuple。使用findAt需要注意的是一定要讓給出的點坐標僅屬於一個幾何體，不要提供公共點的坐標，否則findAt函數會給出不確定的答案。例如尋找邊線時，最好用邊線的中點，而不是端點，因為一條邊線的端點往往也是另一條邊線的端點，無法保證唯一性。6.11之前的版本findAt功能在搜索幾何元素序列時，語法較為繁瑣，且和幫助文檔描述不太相符。6.14之後的版本則友好了很多。在找準點的前提下，findAt功能十分好用，符合人的空間想像，不像index那樣不直觀。findAt功能便於編程實現，代碼可讀性也較好。但是當需要尋找的幾何元素非常多時，這種「坐標點——幾何元素」的一一對應關係會像index方法一樣，有些繁瑣。

此時就需要「其他方法」的登場。Abaqus提供了利用空間立方體、圓柱體、球體框選幾何元素的函數，如下圖紅框所示。框選後得到的都是幾何元素序列，哪怕只框到了一個幾何元素。值得注意的是，abaqus還提供了一個框選函數的反函數，即圖中綠框內的getBoundingBox()，此函數可以獲得一個剛好能包裹住幾何元素的立方體。常用的場合有：添加外流場，添加顆粒增強複合材料的基底材料等等。

框選函數可以方便的框取大量幾何元素，但是也容易「多管閑事」，因為只要是在框內的幾何元素都會被框取進來，其中有些元素可能不是我們想要的。遇到這種情況，要麼需要精心選取框選的類型和大小，要麼就得回到findAt的老路上去，findAt雖然略微繁瑣，但是也勝在靈活，幾何元素必有可以唯一標識的點，只要能把所有標識點找到，幾何元素也就找到了。而幾何元素序列類似list的特性，可以讓你輕鬆地用一個「+」號把多個序列拼接起來。

2.3.通過幾何元素相互關係捕捉

正常情況下，幾何體中的「點、線、面、體」都不是孤立存在的，而是有相互關聯，通過一條線可以找到「使用」這條線的若干個面，通過一個面又能找到圍成這個面的所有的邊線， 等等。「高級」幾何元素，例如cell，可以找到自身的所有表面，邊線，頂點。而相對「低級」的頂點，則只能反推自己的上一級幾何元素，按照家族圖譜來理解，其實可以這麼類比：爺爺直接知道自己的所有兒輩和孫輩，而孫輩只直接知道自己的父輩，不能直接獲取自己的爺爺輩。如圖中紅框所示：

圖中綠色框給出了另一種通過相互關係尋找幾何元素的方法，即尋找毗鄰的「同輩」幾何元素，例如實體可以找到另一個相鄰實體（所謂相鄰實體，即兩個實體有公共面）。

2.4.通過特徵捕捉

特徵捕捉功能和上一節的相互關係捕捉法一樣，脫離了空間位置的束縛，我們不再需要費心思去找那些坐標點或是尋找一個合適的框選工具，我們建立了一個特徵，自然就產生了幾何元素，這種天然的聯繫，可以大加利用。下圖即為通過特徵捕獲點線面體的四個函數，這四個函數不同於「相互關係捕捉法」的一點是，它們直接返回幾何元素，而不是幾何元素的index，在使用中更加方便。

值得注意的是，在Help文檔里，這四個函數並不屬於Basic Geometry Command章節，而是屬於Part Commands章節。

幾何體的特徵一般都具有父子關係，父子關係可謂是特徵捕捉法的最大障礙，使用者需要理清頭緒方能發揮特徵捕捉法的最大威力。以下介紹一些我在實踐中摸索的經驗：

1.和其他方法一樣，捕獲工作應當留到幾何模型建立完畢後再執行，因為新的特徵產生的幾何元素變動會影響舊特徵生成的幾何元素。

2.直觀上說，通過一個特徵捕捉到的元素，都是由該特徵「新增」出來的元素。