CN117634087A - 一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质，涉及建模领域；该方法包括：根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息；通过Python脚本程序得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构；在Abaqus有限元软件中生成可视化GUI插件；通过Abaqus中的可视化GUI插件读取参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。本发明可在有限元分析过程中批量生成弹簧阻尼系统，可以大大减少建模时间，效率高且建模精度高。
Description
技术领域
本发明涉及建模领域，特别是涉及一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质。
背景技术
随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法在工程设计和科研领域得到了越来越广泛的重视和应用，已经成为解决复杂工程分析计算问题的有效途径。弹簧阻尼系统作为有限元分析中的一个重要模块，在汽车、机械制造、铁道、航天航空和土木建筑中得到了广泛的应用。
在有限元模型建立的过程中，现有的有限元分析软件本身不具备批量生成弹簧阻尼系统的功能。这意味着，面对需要进行大批量构建弹簧阻尼系统的工程问题时，工程师们需要耗费大量的时间和精力来进行手动构建弹簧阻尼系统，严重影响建模效率和工程进度，尤其是在构建复杂结构模型下的大批量弹簧阻尼系统时非常容易出错，这会严重影响有限元分析的结果，减低工程分析精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质，可在有限元分析过程中批量生成弹簧阻尼系统，可以大大减少建模时间，效率高且建模精度高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案。
一种弹簧阻尼系统参数化建模方法，具体包括。
根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息。
通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件。
通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
一种弹簧阻尼系统参数化建模系统，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统应用于上述所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统包括，以下步骤。
获取模块，用于根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息。
编写模块，用于通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
可视化GUI插件建立模块，用于在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件。
弹簧阻尼系统模型建立模块，用于通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如上述所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质，基于获取的弹簧的参数信息采用Abaqus有限元软件执行相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型，可实现批量生成弹簧阻尼系统，大大减少建模时间，效率高且建模精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中弹簧阻尼系统参数化建模方法的流程图。
图2为本发明实施例中弹簧阻尼系统Set-text1示意图。
图3为本发明实施例中弹簧阻尼系统Set-text2示意图。
图4为本发明实施例中弹簧阻尼系统模型的第一效果图。
图5为本发明实施例中弹簧阻尼系统模型的第二效果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的弹簧阻尼系统参数化建模方法及系统，能针对大批量的弹簧阻尼系统进行快速自动建模，方便对弹簧阻尼系统进行批量化建模。降低了建模难度，缩短了建模时间，提高了建模效率和建模精度，在有限元分析软件中实现弹簧阻尼系统构建的功能。
本发明的目的是提供一种弹簧阻尼系统参数化建模方法、系统、设备及介质，可在有限元分析过程中批量生成弹簧阻尼系统，可以大大减少建模时间，效率高且建模精度高。
本发明能针对大批量的弹簧阻尼系统进行快速自动建模，方便对弹簧阻尼系统进行批量化建模，降低了建模难度，缩短了建模时间，提高了建模效率和建模精度，在有限元分析软件中实现弹簧阻尼系统构建的功能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：如图1所示，本发明一种弹簧阻尼系统参数化建模方法，具体包括以下步骤。
根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息。
通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
在具体实施中，Python脚本程序框架由自定义的弹簧阻尼系统建模函数模块构成。
自定义的弹簧阻尼系统建模函数模块参数：模型名称(model_name)、最小值(minimum)、最大值(maximum)、弹簧刚度(spring_stiffness)、弹簧阻尼(spring_dashpot)，其中minimum和maximum指的是所需建立弹簧阻尼系统的两位置节点之间距离的最小值和最大值，针对不同模型最小值和最大值的数值也不同，需要工程师根据实际情况进行设置。
在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件。
通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
具体实施中，在Abaqus有限元软件中找到RSG对话框构造器，点击进入工作界面。在该界面下，用户可以通过选择和编辑控件来创建并修改可视化GUI插件的内容、形式和布局。
通过生成的可视化GUI插件的输入框包括：模型名称输入框、最小值输入框、最大值输入框、弹簧刚度输入框和弹簧阻尼输入框，用户可根据需求来进行相关参数的输入。
将编写的Python脚本程序中的弹簧阻尼系统建模函数模块参数，输入到GUI插件输入框的关键字输入框内，实现弹簧阻尼系统建模函数模块参数与GUI插件内核关键字的关联。通过RSG对话框的形式向Python脚本程序输入用于建立弹簧阻尼系统所需的参数信息。
作为一种具体实施例，所述参数信息包括弹簧刚度和弹簧阻尼、连接位置节点区域、连接线的样式信息、弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值。
作为一种具体实施例，通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，具体包括如下。
在Abaqus有限元软件中调用模型装配模块下的集合子模块，获取弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集。
在具体实施中，在Abaqus有限元分析软件中的装配模块下创建两个集合“Set-text1”和“Set-text2”，分别用来储存弹簧阻尼系统连接位置的起点节点和末点节点，将“Set-text1”和“Set-text2”的集合类型设置为节点类型，通过‘by angle’的方式选取多个弹簧阻尼系统连接位置节点并将起点节点和末点节点分别保存到“Set-text1”和“Set-text2”中，构成节点集合。
通过coordinates函数提取弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点坐标。
调用模型装配模块下的集合子模块，通过coordinates函数提取节点集合“Set-text1”和“Set-text2”中的节点坐标信息，分别用(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)表示。
采用循环语句遍历弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点坐标，分别计算弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集中每个节点与弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点之间的距离，得到节点距离集。
计算弹簧阻尼系统的两位置节点之间距离d，计算方式如下：。
根据所述节点距离集建立脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
在具体实施中，调用模型装配模块下的工程特征子模块，创建弹簧阻尼系统。
作为一种具体实施例，根据所述节点距离集建立脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，具体包括：在所述节点距离集中符合预设条件的节点距离对应的弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集中的节点与弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中的节点之间建立弹簧阻尼系统，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构；所述预设条件为节点距离位于弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值之间的。
具体应用中，采用循环语句遍历节点集合“Set-text1”和“Set-text2”中的每一个节点，分别计算集合“Set-text1”中每一个节点与集合“Set-text2”中每一个节点之间的距离d。
当两集合中某两个节点之间距离d处在弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值之间时，则执行弹簧阻尼系统建模函数模块，即在该两个节点之间建立弹簧阻尼系统。
以此类推，直到循环结束。
下面给出一个具体的应用实例，如下。
以Abaqus铁路轨道模型有限元分析为例，其中钢轨和轨道板之间的扣件系统在仿真分析时通常等效为弹簧阻尼系统。
1、在Abaqus有限元分析软件中的装配模块下，选取弹簧阻尼系统连接位置节点并创建成节点集合，用以确定连接位置节点区域。其中，节点集合为钢轨节点集合和轨道板节点集合，分别命名为“Set-text1”和“Set-text2”，如图2和图3所示。
2、通过基于Python的图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)程序进行Abaqus弹簧阻尼系统模型的基本结构建立，如下。
(1)以下程序为通用命令，主要用于Python脚本访问基本的Abaqus对象、符号常量、Abaqus/CAE中各种模块信息以及实现脚本的数学计算等功能。具体程序如下。
(2)弹簧阻尼系统建模函数模块(FunctionsModul)的参数定义，包括：模型名称(model_name)、最小值(minimum)、最大值(maximum)、弹簧刚度(spring_stiffness)、弹簧阻尼(spring_dashpot)，具体程序如下。
(3)使用mdb数据库命令调用Abaqus有限元模型的装配模块并赋予给变量a，其中装配模块包含着模型中的实例、位置约束、特征、集合、表面、工程特征等信息。具体程序如下。
a=mdb. models[modelname]. rootAssembly 。
(4)调用模型的装配模块下的集合子模块，将集合中Set-text1和Set-text2的节点信息分别赋予变量n1和n2。创建三个空列表(list1、2和3)用来存放后续脚本中弹簧阻尼系统连接位置节点坐标的区域信息。具体程序如下。
(5)采用FOR循环遍历n1和n2中的所有的节点，并将n1和n2中所有节点的坐标信息分别赋予变量c1和c2。c1[0]、c1[1]、c1[2]分别代表c1的x、y、z方向上的坐标值，c2同理，则通过距离公式：。
得到n1和n2节点之间的距离变量d。
采用IF条件语句判断n1和n2节点之间是否满足建立弹簧阻尼系统的要求，将满足要求的n1和n2的所有节点分别储存到list1和list2中。将list1和list2中的节点按照两两成对的形式构成节点区域对并依次储存在list3中，循环结束后，将list3赋予区域变量region。具体程序如下。
(6)调用模型的装配模块下的工程特征子模块，建立弹簧阻尼系统。具体程序如下。
3、通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，接收输入的弹簧阻尼系统相关参数信息，选择和编辑控件来创建并修改GUI插件的内容、形式和布局，生成可视化GUI插件。
4、通过可视化GUI插件实现Abaqus内核程序交互，自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型，实现弹簧阻尼系统参数化建模，如图4和图5所示。该模型可以模拟众多具有减震特性的零件，例如铁路轨道系统中的扣件、车辆减震系统中的减震器等等。当在Abaqus有限元分析中需要建立大批量弹簧阻尼系统时，采用本方法可以实现参数化建模，通过GUI插件输入相关参数实现一键生成大批量弹簧阻尼系统的功能。
本发明采用参数化建模的方式，相比传统建模，参数化建模摒弃了可视化界面的操作而通过程序进行，参数化建模仅需输入弹簧阻尼系统模型关键几何参数后即可，其中连接位置节点的选取等重复性的操作可采用循环语句得以实现，提高了建模的效率和建模的精确度，避免了在界面操作过程中出现的人为误差。
实施例2：一种弹簧阻尼系统参数化建模系统，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统应用于实施例1所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统包括如下。
获取模块，用于根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息。
编写模块，用于通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
可视化GUI插件建立模块，用于在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件。
弹簧阻尼系统模型建立模块，用于通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
作为一种具体实施例，所述参数信息包括弹簧刚度和弹簧阻尼、连接位置节点区域、连接线的样式信息、弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值。
一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例1所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如实施例1所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
由于本发明采用参数化建模，输入相关建模参数就可以快速完成弹簧阻尼系统建模，建模时间短，效率高；且由于本发明中，弹簧阻尼系统的位置节点不需要工程师手动一个一个选取，而是采用创建节点集合的方式，这大大降低的工程师建模时的误差，提高了建模精度。
本发明可以实现弹簧阻尼系统参数化自动建模，弹簧阻尼系统普遍应用在诸多工程有限元分析领域上，例如汽车减震器、铁路轨道扣件、建筑材料间相互作用等涉及运动阻力和能量耗散方面的工程分析。在Abaqus有限元分析中，传统的弹簧阻尼系统建模需要依次选择起点节点和末点节点，这对于大批量的弹簧阻尼器建模，需要手动进行数百上千次的操作，耗费大量的时间和精力。本发明则无需进行上述重复性工作，极大地减少了有限元建模时间，提高了建模和工程分析效率，同时本发明也降低了手动建模导致的人为误差，提高了建模精度和工程分析准确性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种弹簧阻尼系统参数化建模方法，其特征在于，所述弹簧阻尼系统参数化建模方法包括：
根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息；
通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构；
在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件；
通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
2.根据权利要求1所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，其特征在于，所述参数信息包括弹簧刚度和弹簧阻尼、连接位置节点区域、连接线的样式信息、弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值。
3.根据权利要求1所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，其特征在于，通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，具体包括：
在Abaqus有限元软件中调用模型装配模块下的集合子模块，获取弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集；
通过coordinates函数提取弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点坐标；
采用循环语句遍历弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集和弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点坐标，分别计算弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集中每个节点与弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中每个节点之间的距离，得到节点距离集；
根据所述节点距离集建立脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构。
4.根据权利要求3所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，其特征在于，根据所述节点距离集建立脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，具体包括：
在所述节点距离集中符合预设条件的节点距离对应的弹簧阻尼系统连接位置的起点节点集中的节点与弹簧阻尼系统连接位置的末点节点集中的节点之间建立弹簧阻尼系统，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构；所述预设条件为节点距离位于弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值之间的。
5.一种弹簧阻尼系统参数化建模系统，其特征在于，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统应用于所述权利要求1-4中任意一项所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法，所述弹簧阻尼系统参数化建模系统包括：
获取模块，用于根据弹簧阻尼系统的建模需要确定弹簧的参数信息；
编写模块，用于通过编写Python脚本程序搭建Abaqus所需弹簧阻尼系统的建模信息，得到脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构；
可视化GUI插件建立模块，用于在Abaqus有限元软件中通过RSG对话框构造器进行图形用户界面开发，将弹簧的参数信息输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构，生成可视化GUI插件；
弹簧阻尼系统模型建立模块，用于通过Abaqus中的可视化GUI插件读取输入至脚本形式的弹簧阻尼系统模型的基本结构的参数信息，通过Python程序脚本向Abaqus内核程序发送相关建模指令，Abaqus有限元软件执行所述相关建模指令自动批量生成相应弹簧阻尼系统模型。
6.根据权利要求5所述的弹簧阻尼系统参数化建模系统，其特征在于，所述参数信息包括弹簧刚度和弹簧阻尼、连接位置节点区域、连接线的样式信息、弹簧两位置节点之间距离的最小值和弹簧两位置节点之间距离的最大值。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的弹簧阻尼系统参数化建模方法。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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