基于abaqus的弯管成形数值优化插件开发

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1、基于Abaqus的弯管成形数值优化插件开发　　摘要：为提高弯管成形的数值优化效率，解决小半径弯管生产困难的问题，采用基于Python的Abaqus脚本接口和用户图形界面工具包进行脚本功能及用户界面二次开发，形成专用插件.插件包含弯管成形定义、分析任务提交及成形结果查看等3个模块，为弯管的系列数值实验提供完整、高效且易操作的解决方案.使用此插件进行的数值模拟用时大幅缩短，且所得结果与现场实验吻合良好.　　关键词：弯管成形优化；数值实验；二次开发；插件；用户图形界面；Python　　中图分类号：TG386；TP311文献标志码：B　　0引言　　为节省空间，工程中

2、倾向于采用弯曲半径与管径之比小于1.5的弯管.小半径弯管在弯制时易产生外侧减薄、内侧起皱和截面扁平化等缺陷.在实际生产中，为获得符合成形标准的弯管，针对每个管径规格，需进行多次生产实验调试.目前，针对此成形过程，可采用Abaqus软件实现数值模拟[1]，以减少材料消耗并降低人工成本.9　　弯管成形的数值实验具有以下特点：第一，弯管成形是包含几何、边界和材料的三重非线性过程，要得到收敛且可靠的结果，需要对参数进行合理设置，数值结果的可靠性依赖于分析人员的经验水平；第二，弯制工艺由管件与6个模具的接触作用实现，成形过程变量繁多，取得较优的模具设置常需要进行系列数

3、值实验[24]，而每一次数值实验都包括前后处理及分析过程，耗时很长；第三，Abaqus软件无法直接提供成形指标结果，需用户提取变形后的节点位置自行计算，仅根据软件给出的变形图很难直观地判断缺陷位置.考虑以上特点，本文采用Python及GUIToolkit语言对Abaqus进行二次开发，形成针对弯管成形数值实验的专用插件.　　目前，针对弯管模拟已有一些二次开发工作.[56]这些工作侧重于对软件已有功能的整合，而且只是针对某一部分进行单独开发.本文开发的插件覆盖前处理、工作提交和后处理整个过程，并且基于优化经验添加实用功能，如系列工作连续提交及指标结果写入云图，

4、为弯管成形数值实验提供一整套高效的解决方案，尤其适合系列优化.插件还定制符合工程习惯的界面以简化分析过程，即使没有Abaqus软件基础的用户也可以快速掌握使用.　　1Abaqus自定义插件　　以Abaqus脚本接口二次开发为主，结合图形界面的定制，形成弯管成形模拟的专用插件.插件程序包括脚本接口文件、图形界面文件和插件注册文件3类.脚本接口文件基于Python语言，直接向内核发送命令，针对建模、分析和后处理全过程实现功能定义.图形界面文件和插件注册文件基于AbaqusGUIToolkit语言，前者负责对话框（Dialog）的建立，后者负责机制（Mode）的定

5、义和GUI插件注册.机制是连接图形界面与脚本程序的纽带，其对用户输入的数据进行收集检验，形成命令字符串提交至内核.注册命令引用定义的机制，当插件被选中时，相应的GUI机制被激活，同时导入脚本接口程序，为GUI命令的调用做准备.①9为描述插件形成思路及各类文件间配合，以前处理模块为例，文件的关键语句见图1.　　①DassaultSystèmesSimuliaCo.AbaqusGUIToolkitUser’sManual，2012　　图1程序文件关键语句及插件形成思路　　Fig.1Keystatementsofprogramfileandplugindevelo

6、pmentidea　　2弯管成形优化专用插件　　本文开发的弯管成形优化专用插件包含3个模块：弯管成形定义模块、分析任务提交模块和成形结果查看模块，分别实现前处理、工作分析及后处理功能.插件分析流程见图2.　　图2插件分析流程　　Fig.2Analysisflowusingplugin2.1弯管成形定义模块　　在采用Abaqus对弯管成形过程进行模拟时，通常设置接触、弯曲和卸载3个分析步.除管件本身与模具的结构建模外，还需定义管件与6个模具间的多个接触、芯棒与芯球的连接以及各模具在不同分析步中的力和位移边界.此外，还需合理定义分析类型、接触属性、边界条件、网格

7、大小和加速手段并设置输出.在满足功能完整性的前提下，本插件的弯管成形定义模块采用与软件自身不同的思路，对建模流程进行极大简化，同时将具有一定技术难度的分析设置和重复性操作内置在脚本中，无须用户进行定义.手动建模流程见图3，插件建模流程见图4.图3手动建模流程　　Fig.3Flowofmanualmodelingprocess　　图4插件建模流程　　Fig.4Flowofmodelingprocessusingplugin9　　由图中数字代表的基本操作步数可见，使用插件的操作步数减少近2/3.此外，插件建模基本操作步均为单个数据的输入，较手动建模时需要进行点选

8、、绘图等操作更加简便.一般情况，使用插件建立1个分析