ABAQUS系列讲座之一
本人从事的是材料的细观力学和材料的性能预测，使用ABAQUS有两年的历史了。前一段时间应cafe0519大虾的邀请，做一个与本人课题相关的讲座，因为当时时间很紧，再加上论文尚未发表，所以一直拖到现在。特在此表示歉意！
由于是第一次尝试这种类型的讲座，所以没有任何经验可言，大家在看的过程中有什么好的意见和建议，可以随时在论坛上和我联系，另外，在文章中出现的错误和不足之处，也恳请大家提出批评意见！
第一讲：多晶材料微观组织结构的模型导入
众所周知，材料的微观组织结构对于材料的宏观物理和力学性能有着直接的影响。随着有限元方法和计算技术的发展，人们可以利用有限元的方法来模拟微观组织结构，以达到材料微观组织结构的‘性能导向型’设计与预测的目的。然而，材料的微观组织结构是极其复杂的，其组成物分布也是大量分散，极不规则的。因此，如何在CAE软件中获得这些微观组织结构的几何信息，就是我们首先必须解决的问题。
图1 微观组织结构示意图
如上所示，就是多晶体微观组织结构RVE(所谓的RVE就是能够代表微观组织结构的体积代表单元)示意图。很显然，试图在ABAQUS中直接获得上述结构信息是相当困难的。原因之一就是在通常状况下，一个微观组织结构RVE包含有成千上万个Voronoi晶胞,因此，如果想在ABAQUS中对上述微观组织结构进行建模，必须通过编程解决上述问题。（以下讲述了从编程直至网格划分的全过程，仅代表个人的思想，如有更好的想法，可以在论坛上进行交流）
编程的技术准备：
数字化的微观组织结构：之所以要将其数字化，目的就是为了得到其中每个晶粒的几何信息(顶点坐标，顶点数，中心点等)，本讲中的多晶体微观组织结构模块只需用到每个晶粒顶点数和顶点坐标即可。为了采集上述信息，我们使用了本课题组(实际上是老板自己编的)的Pro/Design软件.这个软件的功能之一就是能够自动生成上述多晶体微观组织结构，同时生成它的几何信息。
编程语言准备：通过将微观组织结构数字化，我们便得到一个关于其几何信息的文件。编程的目的就是将这个几何文件变成ABAQUS所能读取的几何信息。因此，了解Python语言是必须的。另外，我自己用C编了个软件(老板取名叫Transmesh,实际上与网格划分没什么关系，只是起一个转化作用)，直接可以读取上述信息，并转化为Python脚本。(由于此模块相对来说比较简单，框图也就免了)。下面就是在ABAQUS中运行脚本后所成的图形。(由于是示意图，所选的晶粒较少)
图2 多晶体材料微观组织结构几何图
参数化的多晶体微观组织结构网格划分
在找到多晶体微观组织结构图形生成以及网格划分的规律之后，编写了程序，用于生成多晶体微观组织结构网格划分的参数化Python脚本文件。下面是该程序的框图：
图3 多晶体材料网格划分的流程图
在ABAQUS中运行参数化脚本之后的界面如下：
(a) RVE区域选择提示框
(b) 文件输入提示框
(c) 网格划分起始提示框
      (d) 网格单元类型选择框
(e) 网格节点间距选择框
(f) 网格划分结束提示框
(h) 网格划分的最后结果(节点类型为混合节点)
图4 运行参数化脚本后的图形界面
按要求输入RVE的长度和宽度值后，一个网格划分区域便确定了，此时会出现如图4 (c) 所示的对话框，用以提示用户开始进入网格划分。这表明系统已经成功读入晶粒的所有几何信息，并即将开始进行晶粒的网格划分。敲入字母C(字母C代表英文continue,大小写均可)后，开始对当前晶粒进行网格划分。
图4(d) 表明，系统已经进入晶粒的网格划分阶段。首先，用户将要选择输入网格节点单元的类型，“1”代表四节点单元，“2”代表四节点与三节点混合单元，“3”代表三节点单元，当用户输入单元类型代号后，网格单元类型选择完毕点击,OK按钮，继续进行选择。这时，出现如图4 (e) 所示的对话框，提示用户输入网格节点的节点间隔，单位是毫米(mm),输入数字16(当然可以选择你认为所有合适的数据)后，点击OK按钮，网格划分完毕。此时便出现如图4 (f) 所示的对话框，4(h)即为网格划分完毕以后的晶粒图形。根据你对网格划分效果的满意度，可以进行两种选择：输入字母“r”，即remesh，然后回到图4(d) ，重新输入参数，再次进行网格划分；或者是输入字母“s”，即stop，结束晶粒的网格划分程序。
图4(h) 即是一个我们认为满意的RVE的网格划分图形。从图中可以看出，就每个晶粒而言，晶粒边界上网格节点的分布是均匀的，而就整个RVE区域而言，晶粒与晶粒间网格是连续的，均匀过渡的。由此我们可以认为这种网格划分的效果是良好的。
附图：多晶体材料微观组织结构的网格划分
(a) 多晶体材料微观组织结构几何图           (b) 网格均匀划分的晶粒图
(c) 网格局部密集的晶粒图          (d) 网格均匀划分的两相多晶体材料图

abaqus系列讲座.doc