关于自动化建模的实战问题, 只需要通过五个步骤就可以顺利地将那个 s2k 文件给生成出来, 这里还附带有完整的代码供参考。如果你是从事结构工程工作的工程师, 或者是参与CAE分析的分析师, 那么你的日常工作当中, 会有超过半个小时的时间, 被耗费在点击鼠标以操作界面, 以及进行重复建模这两个方面上, 所以这篇关于这个话题的文章, 就是专门为你这种人群而特别准备的, 这一点是非常确定的。我在现实工作场景中, 见证过数量颇为庞大的同行人员, 他们将自己原本可能用于其他更具价值事项的宝贵时间, 毫无保留地消耗在了那些完全机械性的建模操作流程上面, 进而导致了一个非常明显的后果, 那就是他们完全忽略了在结构分析环节以及方案优化环节当中所应当投入的重要精力和注意力。在之前的几年里, 我曾经也是这其中的一个成员。后来, 我开始利用脚本去实现针对 s2k 文件生成的自动化处理工作。这一举措的实施, 让本人的工作效率得到了大幅度的提升, 其增长幅度远远不止提升了一个级别。s2k文件本质上是一个结构化的文本数据库, 它记录了模型的全部信息。手动编写这个文件既枯燥又容易出错。但是通过我们的方法, 可以将这个过程转化为几行清晰的代码逻辑。今天我要分享的不是简单的代码片段。我分享的是经过实际项目验证的自动化工作流。这套工作流是完整的。这一方法的关键之处就是能够立刻投入使用。使用者不必非得去成为编程方面的专家。只需要明白几个重要的函数就足够了。这样就可以把你那边的设计参数迅速地变成可以导入进来的完整模型。不管是面对简单的门式刚架, 还是面对复杂的空间网格结构, 其内部的基本道理都是一样的一样通的。1. 大家需要去搞明白s2k文件, 这个东西就像是自动化建模的一块基石。在动手去敲代码之前, 我们必须要先把s2k文件到底是什么东西给弄清楚了。不少的人喜欢把它想得很神秘, 实际上嘛, 它就是一个按照某种特定的格式来进行排列的、单纯的文本文件。我们是可以通过读取这个文件当中所包含的各种表格TABLE, 来把这个模型重新构建出来的。每一个表格, 它都是专门负责模型里面的某一个方面内容的, 比如说像节点坐标是什么样的, 单元和单元之间是怎么连接在一起的, 材料本身具有什么样的属性, 还有分组信息到底有哪些, 这些都是表格需要去负责的。提醒一下, 大家可以使用任何一个文本编辑软件, 比如说带加号的编辑器或者VS Code这款软件, 去打开一个s2k文件看一看, 这种文件的排版结构其实是非常显而易见的, 完全没有那些二进制格式的数据文件看着那么吓人和让人害怕。实现自动化生成s2k文件的关键所在, 主要取决于我们是不是能够通过程序化的那种方式, 去把关于这些表格的具体内容给准确无误地构建起来。这件事如果听起来感觉十分复杂的话, 那么如果我们把它一个一个地拆解开来分析的话, 就会知道这其实不过是仅仅在处理几种核心类型的数据结构罢了。我们的这个脚本, 它的任务就在于扮演一个非常高效的书记员这个角色, 需要把这些信息, 严格按照s2k文件所规定好的那个格式, 去一字不落地、非常细致地记录、写入到某一个特定的文本文件里面, 下面存在的那个表格内容, 恰恰就是对主要的s2k文件数据块以及它们各自的作用进行了整体的概括, 这份内容会作为我们后续去编写相关程序代码的一个基础参考蓝图:在自动化脚本之中, 它所对应的操作内容, 其核心要点是与数据块这个表名称进行关联匹配的这么一个过程。要对软件版本以及单位制进行定义, 单位比如说是N、m、C等。这句话需要在脚本的起始位置进行固定写入, 不过通常情况下, 这种配置只需要进行一次设置就足够了。JOINT把全部的那个节点的那个编号, 还有那个坐标系的方向, 以及每个点在X轴, Y轴和Z轴的三个坐标的数值, 都列出来。根据你自己的那些几何体参数, 包括长宽高还有网格划分的设置, 然后开始进行循环, 这样来生成内容。- FRAME框架单元的编号, 起始节点的标记为 I, 结束节点的标记为 J。它是通过自动生成的方式来实现的, 这种自动生成是基于结构拓扑关系进行的, 比如说是那种在框架里面的梁和柱之间的连接情况。- AREA对于面单元的具体编号情况, 以及该面单元是由三个节点还是四个节点所组成的这一种构成状态。它的作用是用来生成像楼板以及墙板这些构件的, 在操作的过程中, 节点的顺序必须要按照顺时针或者逆时针的方向来排列。所谓材料定义, 其实就是指诸如弹性模量E、泊松比以及密度这类物理性能参数的设定与规定。预先建立包含比如Q345钢以及C30混凝土之类常用材料的数据库在需要进行材料选择的时候再进行调用。FRAME框架截面定义, 包括工字形、箱形、圆管的尺寸参数。事先就把标准截面库准备好, 或者按照设计的具体参数, 去动态地算出截面的各种属性。第一步是选择一, 第二步是选择二。这个概念涉及什么是组的明确定义, 还有如何把对象, 也就是那些节点和单元, 分配到一个组里面去。根据结构的各个部件, 比方说是“一层柱”、“屋面梁”, 或者是根据它们的属性, 自动地进行分类和归集。当我们弄明白了这张“地图”是什么以后, 我们就可以去规划关于自动化之旅的路线了。在接下来的所有步骤当中, 我会给大家提供那些可以直接复制然后使用的函数代码, 而且同时也会对背后的设计思路进行解释说明。2. 去把那个用来做自动化操作的脚本的最基础的主体结构给搭起来。一个强大的自动化脚本, 它绝对不应该是那种松散的、没有联系的代码堆在一起, 而必须拥有一个清楚明白的、并且能够很容易扩展开来的整体结构。从我自己实际工作的经验来看, 最好的办法是先专门构建一个像是“数据库”一样的字典去管理所有s2k相关的数据资料, 紧接着围绕着这个字典去设计一系列负责创建的功能函数。这样做最大的优势在于数据管理非常集中, 逻辑关系也非常清晰分明, 而且在往后日子里想要增加新的功能模块的时候操作起来简直方便到了极点。首先呢, 我们把这个核心数据库给初始化了, 然后就开始往里面写一些固定的文件头信息。#!/usr/bin/env python# -*- coding: utf-8 -*-SAP2000 s2k 文件自动化生成脚本作者你的名字描述用于快速、批量生成SAP2000模型文件支持框架、板壳、实体及分组。def initialize_s2k_database():初始化s2k文件数据库一个嵌套字典。返回: s2k_db, 一个包含所有s2k数据表的字典。s2k_db {# 文件头与项目控制Heading: [File Generated by Python Automation Script,Project: Automated Structural Modeling,Author: Your Name/Team,fTime: {__import__(datetime).datetime.now().strftime(%Y-%m-%d %H:%M:%S)}],PROGRAM CONTROL: [ProgramNameSAP2000 Version24.0.0 CurrUnitsN, m, C,],COORDINATE SYSTEMS: [NameGLOBAL TypeCartesian X0 Y0 Z0 AboutZ0 AboutY0 AboutX0,],# 属性定义 (先预留空列表后续填充)MATERIAL PROPERTIES 01 - GENERAL: [],MATERIAL PROPERTIES 02 - BASIC MECHANICAL PROPERTIES: [],FRAME SECTION PROPERTIES 01 -