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sfe_py的应力云图计算与显示step by step

news 2025/7/15 11:12:14

1.依赖环境

首先是相关环境的安装，如果你使用wsl模式的linux环境，你还是趁此机会给ubuntu装个虚拟显示器。相关的一系列安装动作：

pip install sfepy
1. 如果你安装的是2025.2版，你需要：
2. pip install jax
  1. 这是sfe_py矩阵运算的数学库依赖
  2. 大概率是numpy的速度不够快
sudo apt update && sudo apt install libgl1-mesa-glx x11-apps -y
1. 如果你使用了ubuntu 22.4以上的版本：
  1. sudo apt update && sudo apt install libglx-mesa0 x11-apps -y

echo "export DISPLAY=$(grep nameserver /etc/resolv.conf | awk '{print $2}'):0.0" >> ~/.bashrc
source ~/.bashrc
注意这里只是一次性地得到了宿主机的ip，如果需要长期使用x11，需要修改~/.bashrc:

# enable programmable completion features (you don't need to enable
# this, if it's already enabled in /etc/bash.bashrc and /etc/profile
# sources /etc/bash.bashrc).
#if [ -f /etc/bash_completion ] && ! shopt -oq posix; then
#    . /etc/bash_completion
#fi
#export DISPLAY=172.26.208.1:0.0
# 方法1：从路由表提取默认网关（宿主机IP）
host_ip_via_route=$(ip route | awk '/default/ {print $3}' | head -n1)# 方法2：从 resolv.conf 提取DNS服务器（宿主机IP）
host_ip_via_dns=$(grep -oP 'nameserver \K[\d.]+' /etc/resolv.conf | head -n1)# 优先使用路由表结果，失败则回退DNS解析
host_ip="${host_ip_via_route:-$host_ip_via_dns}"
export DISPLAY="${host_ip}:0.0"

windows环境安装：
1. vcxsrv-64.1.20.14.0.installer.exe

2. 例程

代码不建议上来徒手做.mesh文件建模，可以先跑一下系统自带的例程：

比如：

sfepy-run ./mixed_mesh.py

...................... .mixed_mesh.py 在sfepy的安装目录，如果你的python启用了.venv，它位置很好找：

find .venv -name "mixed_mesh.py"

sfepy-view beam_h* -f u:s0:wu:e:p0 u:s1:wu:e:p0

............................显示生成的.vtk文件

例程里的beam：

这个还没有仔细校对参数，应该是匀质梁的单端固定的效果。
接下来可以先从改变外力，叠加外部载荷开始。

3.受力变化

例程里的受力是一种匀质梁一样的受力：

def get_force(ts, coors, mode=None, **kwargs):if mode == 'qp':F = 1e3val = nm.zeros_like(coors)[..., None]val[:, 2, 0] = -coors[:, 0] / 0.7 * Freturn {'val': val}

这里的F是受力
coors是所有点的坐标
然后coors[:,0]取的是所有的点的坐标。
val[:,2, 0]，第二个2，实际是z坐标，那个0大概是指压力，他可能会受到拉压扭力。

3.1 修改后的

def get_force(ts, coors, mode=None, **kwargs):if mode == 'qp':F = 8e4tol = 1e-5  # 容差范围，避免浮点误差# 计算中点坐标val = nm.zeros_like(coors)[..., None]x_mid = (nm.max(coors[:, 0]) + nm.min(coors[:, 0])) / 2.0#y_mid = (nm.max(coors[:, 1]) + nm.min(coors[:, 1])) / 2.0  # 若为三维模型#z_mid = (nm.max(coors[:, 2]) + nm.min(coors[:, 2])) / 2.0#仅有三点受力val[:, 2, 0] = 0# 中点受力dist = nm.abs(coors[:, 0] - x_mid)idx_center = nm.argmin(dist)  # 找到最近节点的索引#print(f'{x_mid} - {idx} - {nm.max(coors[:, 0])}, {nm.min(coors[:, 0])}')#os._exit(0)val[idx_center, 2, 0] = -F#左端点x_min = nm.min(coors[:,0])dist = nm.abs(coors[:, 0] - x_min)idx_left = nm.argmin(dist)  # 找到最近节点的索引val[idx_left, 2, 0] = F*0.5#右端点x_max = nm.max(coors[:,0])dist = nm.abs(coors[:, 0] - x_max)idx_right = nm.argmin(dist)  # 找到最近节点的索引val[idx_right, 2, 0] = F*0.5print(f'>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>pos= {idx_left} {idx_center} {idx_right}')        #os._exit(0)return {'val': val}

我相当于做了一个简支梁，仅考虑中点处的外力，但是应力云图不对：
sfepy-view beam_h*.vtk -f u:s1:wu:e:p0 u:s0:wu:e:p

附录A 原始文档，例程位置

SfePy: Simple Finite Elements in Python — SfePy version: 2025.2+git.e2f7d954 documentation

有一篇关于mesh的文可能会用到：

mesh算法进化如何实现？这里是成功实例......_几何_三角形_数量

它给出了更少点数，更好的效果的一种实施例。

附录B 关于测点位置与剪力滞

实际埋点时，剪力滞的问题可能会影响误差，目前已知的解决方案是，把传感器放置在腹板，而不是上下翼板，避开这个问题。

附录C .mesh文件的格式

Dimension 3 定义了这是一个3维结构
Vertices是点，每个点因为是3维，所以有3个点，第4列是点类目标的标记。
Hexahedra是六面体，由8个点组成，最后一列是类型标记，1.
Tetrahedra是三棱锥，也就是4面体，由4个点组成，最后一列是类型标记，2.
六面体，三棱锥中的坐标都是顶点坐标，Vertices.单独的点没有意义。只能在纳入一个结构中才有意义。

MeshVersionFormatted 2
Dimension 3

Vertices
32
0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
2.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
2.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
2.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
2.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
2.9999999999999999e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
2.9999999999999999e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
2.9999999999999999e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
2.9999999999999999e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
4.0000000000000002e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
4.0000000000000002e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
4.0000000000000002e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
4.0000000000000002e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
5.0000000000000000e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
5.0000000000000000e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
5.0000000000000000e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
5.0000000000000000e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
5.9999999999999998e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
5.9999999999999998e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
5.9999999999999998e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
5.9999999999999998e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0
6.9999999999999996e-01 0.0000000000000000e+00 0.0000000000000000e+00 0
6.9999999999999996e-01 1.0000000000000001e-01 0.0000000000000000e+00 0
6.9999999999999996e-01 1.0000000000000001e-01 1.0000000000000001e-01 0
6.9999999999999996e-01 0.0000000000000000e+00 1.0000000000000001e-01 0

Hexahedra
5
1 2 3 4 5 6 7 8 1
5 6 7 8 9 10 11 12 1
9 10 11 12 13 14 15 16 1
13 14 15 16 17 18 19 20 1
21 22 23 24 25 26 27 28 1

Tetrahedra
12
17 18 21 20 2
18 24 21 20 2
18 22 21 24 2
18 19 22 20 2
19 24 22 20 2
19 23 22 24 2
25 26 29 28 2
26 32 29 28 2
26 30 29 32 2
26 27 30 28 2
27 32 30 28 2
27 31 30 32 2

End