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Abaqus在复杂水池设计中的信息化应用

苏加1,王亚莉2

1.中国东方电气集团

2．西南科技大学土木工程与建筑学院

摘要:在国家一带一路战略实施，能源环保市场开发,智能信息技术逐步渗透到各行业的背景下，土木结构设计面临新的复杂特种结构设计、设计信息化和智能化的问题。经探索研究，终于成功利用python信息技术，与Abaqus交互数据，探索设计信息化、智能化的道路。

关键词:复杂水池，信息化，智能设计，Abaqus，Python。

1.引言

复杂水池的设计软件，绘图类的有TSTK；专业类的有理正复杂水池、旗云复杂水池；通用有

限元类的有YJK、Strat、Sap2000、Robot、Staad、Abaqus。

目前有些行业已经走过信息化阶段，进入智能化阶段，但土建行业现阶段仍处于信息化建设阶

段，其中包含BIM系统的建设，远未达到智能（AI）化阶段，智能设计离我们还有较远距离。

因此，我们对于软件的需求不但是能设计复杂水池等特种结构，而且能融入我们的信息系统建

设中，同时为过渡到智能化阶段提供准备。

基于以上需求，我们选择了设计控制台+Abaqus+Python的技术路线，作为设计信息化、智能化的解决方案。

Abaqus提供强大的物理问题求解器。用于解决日益复杂的特种结构分析问题。

Python作为胶水语言，便于组织信息流，在不同平台上传递，数据交换。本身Python在科学计

算、文本处理、机器学习方面能提供很好的支持。因此，用Python组建用户自己的信息（智能）系

统成为可能。

达索公司的Abaqus采用Python作为脚本，用户采用Python能很方便地把Abaqus融入到自己的信息系统中，包括以后升级到智能系统。

在以上路线的指导下如何使用Abaqus进行复杂水池信息化地设计呢？经过一段时间的摸索研究，终于完成某海外一带一路重点项目的复杂水池设计，下面将此作基本介绍。采用软件为Abaqus2016中文版。

2.建模

2.1模型

模型的规划：

?在一个部件中完成整个复杂水池模型。

?楼板、底板、池壁、走道板采用面几何形态，用壳单元模拟。

?梁柱采用线、纵梁，用梁单元模拟。

2017SIMULIA中国区用户大会1

?桩用连接器，用弹簧模拟。

信息化基本方案：

?水池方案信息为工艺专业提供dwg格式文件

?处理该dwg文档，用lisp读出数据到设计控制台（excel）中

?先在CAE中尝试，得到最终建模办法。

?获取宏记录Python代码，修改参数化代码，读取设计控制台。

?调试代码，完成后编入子程序。

得到的模型见图1.

图1.模型图

得到的Python代码,部分如下:

……

h1=3.7

h2=7.5

h3=8.125

……

s.Line(point1=(x1,y4),point2=(x1,y2))

……

2017SIMULIA中国区用户大会2

当模型仅有局部尺寸变化时，通过修改Python中参数或设计控制台中相应数据，然后执行

Python代码，可以快速重建模型。

3.材料属性

3.1混凝土

混凝土力学指标有：密度、弹性、混凝土损伤塑性。

不同强度等级的混凝土材料可以存入材料库中，直接调用。

Python读取设计控制台材料信息，在Abaqus中实现。

3.2材料截面

截面库用Python直接建立，建立时可以读取设计控制台中的截面信息。

3.3材料指派

在材料指派前，需要完成集合命名，这个工作目前是人工在CAE中完成。

如果集合命名完成，可以用Python将截面指派到集合。得到如图2的结果。

图2.截面指派

4.分析步

水池设计按照规范有不同的荷载组合工况，在Abaqus中实现方法为：分析步为“静力线性摄动”；在荷载模块创建荷载工况。

因此，建立“静力线性摄动”分析步。此部分在CAE或Python中实现。

2017SIMULIA中国区用户大会3

5.相互作用

对于桩的处理，Abaqus采用弹簧模拟。

建立桩位集合，然后把弹簧指定给桩集合，对于不同方向弹簧设置参数，模拟桩的力学性

能。如图3所示。其中：

K1:1轴方向弹簧刚度。

K2:2轴方向弹簧刚度。

K3:3轴方向弹簧刚度。

这部分工作内容包含：命名、指派弹簧、设置弹簧参数。全部工作由Python读取设计控制

台，然后在Abaqus中完成。

图3.弹簧管理器

6.荷载

6.1荷载

本项目荷载较多，先在设计控制台（excel）中整理好，然后用Python读取进来，指派到模型中。

6.2荷载类型

对于复杂水池，荷载类型与Abaqus实现方法如下表1所示。

表1.荷载类型