Abaqus ODB 到 ParaView VTK 多块数据转换工具文档

一、概述

abaqus_to_paraview.py 是一款高效、全功能的 Abaqus ODB 到 ParaView VTK 多块（MultiBlock）转换工具，旨在帮助工程师：

快速将有限元仿真结果导入 ParaView 进行可视化分析
支持并行及单线程两种模式，兼顾效率与可调试性
自动升级不兼容的 ODB 文件，降低环境配置门槛
可选生成 JSON 头信息，方便二次开发与自动化流水线

适用于后处理大规模仿真数据、制作动画演示、插件集成等场景。

二、功能特性

核心功能

全模型数据转换
- 支持实例级网格数据转换（Instance-Level Meshes）
- 自动处理装配体（Assembly）中多个部件实例
- 保留原始单元拓扑结构
场数据映射
- 节点数据（PointData）:
  - 直接映射Nodal类型数据
  - ELEMENT_NODAL数据自动节点平均
- 单元数据（CellData）:
  - INTEGRATION_POINT数据积分点平均
  - 支持各向异性材料计算结果映射
时空数据处理
- 多步骤（Multi-Step）支持
- 时间序列帧（Time Frames）连续转换
- 自动计算全局时间轴（用于瞬态分析可视化）
高阶格式支持
- 生成VTK MultiBlock结构（.vtm）
- 自动生成PVD动画描述文件
- 可选JSON元数据输出（含步骤/帧/字段信息）

扩展功能

自动ODB版本升级机制
多线程数据读写优化
异常损坏文件检测
单元类型智能映射（支持60+ Abaqus单元类型）

三、使用环境

必需环境

Abaqus 2024+ 的 Python 3.10 环境
VTK 9.x+ 库（需安装至Python环境）安装过程

1.abaqus python -m ensurepip --upgrade 通过python自带的ensure库给abaqus安装低版本的pip ；

2.abaqus python -m pip --version 查看是否安装了 pip工具和现在的版本；

3.abaqus python -m pip install --upgrade pip 对pip进行升级；

4.abaqus python -m pip install vtk 安装vtk模块

5.abaqus python -m pip list 验证abaqus python安装的库及版本

  Microsoft Windows [版本 10.0.22000.2295]
  (c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
  
  C:\WINDOWS\system32>abaqus python -m ensurepip --upgrade
  Looking in links: c:\Users\xusjt\AppData\Local\Temp\tmp9dipijpu
  Requirement already satisfied: setuptools in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (80.1.0)
  Requirement already satisfied: pip in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (25.1)
  
  C:\WINDOWS\system32>abaqus python -m pip --version
  pip 25.1 from D:\SIMULIA\EstProducts\2024\win_b64\tools\SMApy\python3.10\lib\site-packages\pip (python 3.10)
  
  C:\WINDOWS\system32>abaqus python -m pip install --upgrade pip
  Requirement already satisfied: pip in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (25.1)
  Collecting pip
    Using cached pip-25.1.1-py3-none-any.whl.metadata (3.6 kB)
  Using cached pip-25.1.1-py3-none-any.whl (1.8 MB)
  Installing collected packages: pip
    Attempting uninstall: pip
      Found existing installation: pip 25.1
      Uninstalling pip-25.1:
        Successfully uninstalled pip-25.1
    WARNING: The scripts pip.exe, pip3.10.exe and pip3.exe are installed in 'D:\SIMULIA\EstProducts\2024\win_b64\tools\SMApy\python3.10\Scripts' which is not on PATH.
    Consider adding this directory to PATH or, if you prefer to suppress this warning, use --no-warn-script-location.
  Successfully installed pip-25.1.1
  
  C:\WINDOWS\system32>abaqus python -m pip install vtk
  Requirement already satisfied: vtk in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (9.4.2)
  Requirement already satisfied: matplotlib>=2.0.0 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from vtk) (3.7.2)
  Requirement already satisfied: contourpy>=1.0.1 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (1.1.0)
  Requirement already satisfied: cycler>=0.10 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (0.11.0)
  Requirement already satisfied: fonttools>=4.22.0 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (4.42.0)
  Requirement already satisfied: kiwisolver>=1.0.1 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (1.4.4)
  Requirement already satisfied: numpy>=1.20 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (1.22.4)
  Requirement already satisfied: packaging>=20.0 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (23.1)
  Requirement already satisfied: pillow>=6.2.0 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (10.0.0)
  Requirement already satisfied: pyparsing<3.1,>=2.3.1 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (3.0.9)
  Requirement already satisfied: python-dateutil>=2.7 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from matplotlib>=2.0.0->vtk) (2.8.2)
  Requirement already satisfied: six>=1.5 in d:\simulia\estproducts\2024\win_b64\tools\smapy\python3.10\lib\site-packages (from python-dateutil>=2.7->matplotlib>=2.0.0->vtk) (1.16.0)
  
  C:\WINDOWS\system32>abaqus python -m pip list
  Package           Version
  ----------------- -------
  2to3              1.0
  contourpy         1.1.0
  cycler            0.11.0
  debugpy           1.8.14
  fonttools         4.42.0
  kiwisolver        1.4.4
  matplotlib        3.7.2
  mypy              1.15.0
  mypy_extensions   1.1.0
  numpy             1.22.4
  packaging         23.1
  Pillow            10.0.0
  pip               25.1.1
  ptvsd             4.3.2
  pyparsing         3.0.9
  python-dateutil   2.8.2
  pywin32           304
  scipy             1.11.1
  setuptools        80.1.0
  six               1.16.0
  sympy             1.12
  tomli             2.2.1
  typing_extensions 4.13.2
  vtk               9.4.2
  wheel             0.45.1
  
  C:\WINDOWS\system32>

四、使用方法

1.准备工作

确保已安装 Abaqus 与对应 SMAPython 环境。
安装 Python 库：
```
pip install vtk numpy
```

编辑 utils/plugin_config.py，设置：

AbaqusLib = r"D:\SIMULIA\EstProducts\2024\win_b64\code\python3.10\lib"
AbaqusBat = r"D:\SIMULIA\Commands\abaqus.bat"

2.命令行执行

# 基本调用：输出 VTK 文件
abaqus python "/path/to/abaqus_to_paraview.py" --header 0 --odb "/path/to/model.odb"

# 同时生成 JSON 头信息
abaqus python "/path/to/abaqus_to_paraview.py" --header 1 --odb "/path/to/model.odb"

--header：1 生成 .json；0 仅输出 .vtm/.pvd
--odb：指定 ODB 文件路径

3.Python 接口示例（嵌入脚本或插件调用）

from abaqus_to_paraview import AbaqusToParaView

converter = AbaqusToParaView(odb_path="model.odb", header=1)
converter.convert(use_multithreading=True)

4.参数详解

参数	类型	默认值	说明
`--odb`	str	必填	指定 ODB 文件绝对路径（支持中文路径）
`--header`	int	0	元数据生成开关： 0=仅生成可视化文件 1=附加生成 JSON 元数据文件

5.典型工作流

graph TD
    A[原始ODB] --> B{版本检查}
    B -->|v<2024| C[自动升级]
    B -->|v>=2024| D[直接读取]
    D --> E[多线程数据提取]
    E --> F[VTK数据映射]
    F --> G[写VTK/PVD文件]
    G --> H[生成JSON元数据]

五、输出文件说明

1.数据文件结构

project_dir/
├─ data/
│  ├─ Step1_frame_0000.vtm
│  ├─ Step1_frame_0001.vtm
│  └─ Step2_frame_0000.vtm
├─ model.json
├─ model_all_steps.pvd
└─ model_Step1.pvd

2.文件格式规范

VTM文件
ParaView MultiBlock数据格式，每个Odb Instance作为独立Block，包含：
- 变形后网格坐标
- PointData（节点数据）
- CellData（单元平均数据）
PVD文件
ParaView时间序列描述文件，包含：
- 全局时间戳（跨Step时间累积）
- 对应VTM文件路径
- 时间步关联信息

JSON元数据
结构化存储分析信息：

{
  "steps": {
    "Step-1": {
      "frameCount": 50,
      "frames": [0.0, 0.1, ..., 5.0]
    }
  },
  "fields": {
    "Step-1": {
      "0": {
        "PART-1-1": {
          "PointData": ["U", "TEMP"],
          "CellData": ["S", "PE"]
        }
      }
    }
  }
}

六、技术细节

1.数据映射规则

Abaqus数据类型	VTK映射方式	处理算法
Nodal	直接映射	节点坐标叠加位移场
Element Nodal	节点平均	加权平均法
Integration Point	单元平均	Gauss点加权积分
Centroid	直接赋值	单元中心点提取

2.单元类型映射表

Abaqus单元类型	VTK单元类型	节点数
C3D8	VTK_HEXAHEDRON	8
C3D20	VTK_QUADRATIC_HEXAHEDRON	20
S4	VTK_QUAD	4
B31	VTK_LINE	2

3.性能优化

并行架构：采用多进程池（multiprocessing.Pool）实现帧级并行
内存管理：按需加载机制，单帧处理内存占用<2GB
I/O优化：异步文件写入与数据压缩（ZLib Level 5）

七、注意事项

版本兼容性
- 支持Abaqus 6.14-2024版本ODB
- ParaView需5.8+版本支持VTK MultiBlock
常见问题处理
Q: 出现"Corrupted ODB"错误
A: 执行以下诊断步骤：
```
from odbAccess import *
try:
    with openOdb('file.odb') as odb:
        print("ODB header:", odb.header)
except Exception as e:
    print("Error details:", str(e))
```
Q: 部分单元显示异常
A: 检查单元类型是否在映射表中，或提交issue附上：
- 单元类型（Element Type）
- 单元连接数（Connectivity Number）
- 示例单元数据
数据精度限制
- 位移场精度：1e-6 mm
- 时间戳精度：1e-6 sec
- 场数据保留6位有效数字

技术支持

联系方式	信息
项目仓库	xusjtuer/abaqus_to_paraview
邮箱	xusjtuer@163.com

更新日期：2025-05-24

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Abaqus ODB 到 ParaView VTK 多块数据转换工具文档

一、概述

二、功能特性

核心功能

扩展功能

三、使用环境

必需环境

推荐配置

四、使用方法

1.准备工作

2.命令行执行

3.Python 接口示例（嵌入脚本或插件调用）

4.参数详解

5.典型工作流

五、输出文件说明

1.数据文件结构

2.文件格式规范

六、技术细节

1.数据映射规则

2.单元类型映射表

3.性能优化

七、注意事项

技术支持

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二、功能特性

核心功能

扩展功能

三、使用环境

必需环境

推荐配置

四、使用方法

1.准备工作

2.命令行执行

3.Python 接口示例（嵌入脚本或插件调用）

4.参数详解

5.典型工作流

五、输出文件说明

1.数据文件结构

2.文件格式规范

六、技术细节

1.数据映射规则

2.单元类型映射表

3.性能优化

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