(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111538689.X (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 东南大学 地址 210018 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 杨明　钱建奇　丁继武　杨子晔　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 李想 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于PBS系统的预弯组合梁Abaqus快速建模 方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于PBS系统的预弯预应力 组合梁Abaqus快速建模方法， 属于桥梁工程三维 有限元建模技术领域。 使用预弯预应力组合梁设 计验算系统设计PB主梁， 采用安装第三方库函数 xlrd2的Python程序运行步骤 一中主梁Abaqus建 模用表格； 通过Python程序脚本文件读取预弯预 应力组合梁设计验算系统PBS生成表 格文件中的 PB主梁参数信息； 使用Abaqus运行Python； 基本 模型、 钢梁预弯模型、 预弯梁模型、 预弯组合梁模 型； 生成对应设计参数的PB梁基本模型、 钢梁预 弯模型、 预弯梁模型、 预弯组合梁模型。 本发明在 预弯预应力组合梁设计验算系统设计完成PB梁 后， 直接导出表格文件， 实现自动化快速建模过 程， 便于对预弯预应力组合梁实现施工阶段分 析、 承载能力分析及参数化分析。 权利要求书3页 说明书14页 附图6页 CN 114329699 A 2022.04.12 CN 114329699 A 1.基于PBS系统的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 其特 征在于： 建模步骤如下： 步骤一、 使用预弯预应力组合梁设计验算系统(PBS)设计PB主梁， 建立PB主梁的Abaqus 建模用表格； 步骤二、 采用安装第三方库函数xlrd2的Python程序运行步骤一中主梁Abaqus建模用 表格； 并选择有限元建模选项； 有限元建模选项包括是否加入 材料塑性、 是否分阶段建立模 型、 是否打开材 料非线性、 是否进行参数化建模； 步骤三、 通过Python程序脚本文件读取预弯预应力组合梁设计验算系统PBS生成表格 文件中的PB主梁参数信息； 步骤四、 通过P ython脚本文件建立PB主梁模型， 共4个模型包括： 基本模型、 钢梁预弯模 型、 预弯梁模型、 预弯组合梁模型； 使用Abaqus运行Python； 基本模型、 钢梁预弯模型、 预弯 梁模型、 预弯组合梁 模型； 步骤五、 使用Abaqus运行P ython脚本文件， 生成对应设计参数的PB梁基本模型、 钢梁预 弯模型、 预弯梁 模型、 预弯组合梁 模型。 2.根据权利要求1所述的基于PBS系统的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 其特征在 于： 步骤一中采用的预弯预应力组合梁设计验算系统PBS为已编制 完成的专用于公路预弯 组合梁结构验算分析的计算软件。 3.根据权利要求1所述的基于PBS系统的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 其特征在 于： 步骤二中采用第三方库函数xlrd2结合预弯预应力组合梁设计验算系统PBS功能导出 Abaqus建模用表格； 按建模分析需要对表格中的有限元建模选项 进行选择。 4.根据权利要求1所述的基于PBS系统的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 其特征在 于： 步骤三中， 通过Python脚本文件读取PBS系统生成表格文件中的PB 主梁参数信息具体包 括： 桥梁参数、 钢梁几何参数及材料参数、 一期混凝土几何参数及材料参数、 二期混凝土几 何参数及材 料参数和建模选项。 5.根据权利要求1所述的基于PBS的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 其特征在于： 步 骤三中， 通过Python脚本文件读取PBS系统生成表格文件中的PB主梁参数信息具体包括如 下步骤： 步骤1、 编写第一行代码(from  abaqus import*)导入Abaqus模块中所有建模对象， 用 于访问默认模型 数据库的访问； 编写第二行代码(from  abaqusCo ntants import*)导入符合常数模块； 编写第三行代码(from  caeModules  import*)导入caeModules模块中所有对象、 导入 math以调用数 学运算所有库函数、 导入regi onToolset以调用Regi on函数； 通过第一行代码、 第二行代码、 第三行代码搭建Abaqus建模环境， 通过导入xlrd2的文 件， 以调用第三方库函数来进行表格文件数据的读取； 步骤2、 通过PBS系统中open_workbook()函数打开表格文件读取参数数据及有限元建 模选项； 有限元建模选项包括： 是否加入材料塑性、 是否分阶段建立模型、 分析步、 是否打开非 线性、 预弯力加载位置、 预弯力大小、 是否进行参数化建模和参数分析对象； 使用sheet_by_name()函数， 通过名称读取用户输入工作表； 根据用户输入工作表建模 选项， 使用if函数选择性读取目标建模工作表、 钢材塑性材料参数工作表、 混凝土塑性材料权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329699 A 2参数工作表； 使用for循环对目标建模工作表内的多组数据进行参数化建模， 循环结束后， 使用 release_resources()函数释放并删除临时数据即建立表格文件中的PB主梁参数信息模 型， 参数信息包括： 桥梁参数、 钢梁几何参数及材料参数、 一期混凝土几何参数及材料参数、 二期混凝 土几何参数及材 料参数和建模选项。 6.根据权利要求1所述的基于PBS的预弯组合梁Abaqus快速建模方法， 步骤四中， 通过 Python脚本文件定义PB梁基本模 型、 钢梁预弯模型、 预弯梁模型、 预弯组合梁模 型具体包括 如下步骤： S1、 初始化基本模型， 模型命名规 律为： PB_initial_model_para_参数分析对象编号； 若无需参数化分析， 则模型名称为PB_i nitial_model_basic_para_1； S2、 创建part： 钢梁steel、 一期混凝土fsconcrete、 二期混凝土ssconcrete、 钢梁支座 垫板steel_support、 钢梁加载板steel_force、 主梁垫板beam_support、 主梁加载板beam_ force； 且由于主梁的对称性， 所有构件均建立半梁 模型； S3、 定义材料属性： 定义材料密度、 弹性参数； 选择性读取钢材塑性材料参数工作表、 混 凝土塑性材料参数工作表内数据； 且钢材定义plastic塑性参数， 混凝土定义Concrete   Damage Plastic塑性 参数； S4、 定义截面信息； 根据导入数据文件截面尺寸， 分别建立钢梁steel、 一期混凝土 fsconcrete、 二期混凝土ssconcrete、 钢梁加载板steel_for ce、 主梁垫板beam_support、 主 梁加载板beam_force的截面信息； S5、 装配预弯预应力组合梁桥三维有限元模型： 钢梁steel、 一期混凝土fsconcrete、 二 期混凝土ssconcrete、 钢梁支座垫板steel_support、 钢梁加载板steel_force、 主梁垫板 beam_support、 主梁加载板beam_force； 使用Instance()函数创建各个部件的实例后； 根 据加载点 位置， 使用t ranslate()函数将各部件 装配到位； S6、 定义所需构件及接触面集合， 以将需要定义接触、 边界条件及荷载的构件及接触面 变为多个集 合便于调用； S7、 使用Tie函数建立一期混凝土fsconcrete与二期混凝土ssconcrete间的约束耦合 关系； 使用Tie函数建立主梁与 支座垫板及加载板 之间的约束耦合关系； 使用Embedded函数 建立钢梁与混凝 土之间的约束 耦合关系； S8、 根据用户输入参数， 创建分析步， 分析步包括； 当用户输入工作表建模选项选择打 开非线性时， 分析步非线性 开关打开； 且自动选择初始分析步长及最小迭代步长； S9、 施加边界条件和外加荷载； S10、 划分网格， 定义Job， PB梁基本模型建立完成。 S11、 利用PB梁基本模型继续建立钢梁预弯模型、 预弯梁 模型、 预弯组合梁 模型： 1)、 复制基本模型， 建立钢梁预弯模型： 参数化命名规则为： PB_prebend_para_参数分析对象_编号； 若无需参数化分析， 则模型名称为PB_prebend_basic_para_1； 该模型构件包括钢梁(steel)、 钢梁支座垫板(steel_support)、 钢梁加载板(steel_ force)； 删除多余构 件， 材料， 约束条件； 增加Step分析步为Step ‑prebend， 用于模拟预弯力 施加过程； 根据施工阶段施加自重及外加荷载； 重新定义job；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114329699 A 3