有限元模型可视化：两套独立Python代码实现带载荷与纯几何对比
在结构工程和有限元分析中，模型可视化是验证模型正确性和理解结构行为的关键步骤。本文提供两套完全独立的Python代码实现，分别用于绘制带载荷的完整有限元模型和仅展示几何与边界的简化模型。两套代码均基于提供的ABAQUS输入文件数据，彼此无任何依赖，可直接复制运行。
代码块1：带载荷的完整有限元模型可视化
此代码完整复现了ABAQUS输入文件中的模型，包括所有节点、单元、边界条件以及施加在节点上的集中载荷。
""" truss_model_with_loads.py 包含载荷显示的有限元模型可视化 - 完整独立版本 """importmatplotlib.pyplotaspltimportnumpyasnpdefvisualize_truss_with_loads():"""绘制包含载荷的有限元模型"""# ========== 1. 模型数据定义 ==========# 节点坐标 (来自文档 *Node 部分)node_coords={1:(0.,0.),2:(1.,2.),3:(2.,0.),4:(3.,2.),5:(4.,0.),6:(5.,2.),7:(6.,0.),8:(7.,2.),9:(8.,0.)}# 单元连接 (来自文档 *Element 部分)elements=[(1,1,2),# 单元1: 节点1 → 节点2(2,1,3),# 单元2: 节点1 → 节点3(3,2,3),# 单元3: 节点2 → 节点3(4,2,4),# 单元4: 节点2 → 节点4(5,3,4),# 单元5: 节点3 → 节点4(6,3,5),# 单元6: 节点3 → 节点5(7,4,5),# 单元7: 节点4 → 节点5(8,4,6),# 单元8: 节点4 → 节点6(9,5,6),# 单元9: 节点5 → 节点6(10,5,7),# 单元10: 节点5 → 节点7(11,6,7),# 单元11: 节点6 → 节点7(12,6,8),# 单元12: 节点6 → 节点8(13,7,8),# 单元13: 节点7 → 节点8(14,7,9),# 单元14: 节点7 → 节点9(15,8,9)# 单元15: 节点8 → 节点9]# 边界条件 (来自文档 *Nset 和 *Boundary 部分)pinned_node=1# 固定铰支座roller_node=9# 滚动铰支座# 载荷数据 (来自文档 *Cload 部分)loads={2:(15.0,0.0),# 节点2: X方向 15.0, Y方向 0.03:(0.0,-5.0),# 节点3: X方向 0.0, Y方向 -5.04:(0.0,-7.0),# 节点4: X方向 0.0, Y方向 -7.07:(0.0,-10.0)# 节点7: X方向 0.0, Y方向 -10.0}# ========== 2. 创建图形 ==========fig,ax=plt.subplots(figsize=(14,7))# ========== 3. 绘制单元 ==========forelem_id,node_i,node_jinelements:xi,yi=node_coords[node_i]xj,yj=node_coords[node_j]ax.plot([xi,xj],[yi,yj],'b-',linewidth=2.5,label='Truss Element'ifelem_id==1else"")# ========== 4. 绘制节点 ==========fornode_id,(x,y)innode_coords.items():ax.plot(x,y,'ko',markersize=10,zorder=5,label='Node'ifnode_id==1else"")# ========== 5. 标注节点编号 ==========fornode_id,(x,y)innode_coords.items():ax.text(x+0.12,y+0.12,f'N{node_id}',fontsize=11,fontweight='bold',color='darkred',ha='center',va='center',bbox=dict(boxstyle="round,pad=0.2",facecolor="yellow",alpha=0.7))# ========== 6. 标注单元编号 ==========forelem_id,node_i,node_jinelements:# 计算单元中点xi,yi=node_coords[node_i]xj,yj=node_coords[node_j]mid_x=(xi+xj)/2mid_y=(yi+yj)/2# 计算单元方向dx=xj-xi dy=yj-yi length=np.sqrt(dx**2+dy**2)# 计算垂直偏移iflength>0:offset_x=-dy/length*0.15offset_y=dx/length*0.15else:offset_x,offset_y=0.15,0.15ax.text(mid_x+offset_x,mid_y+offset_y,f'E{elem_id}',fontsize=10,fontweight='bold',color='darkblue',ha='center',va='center',bbox=dict(boxstyle="round,pad=0.15",facecolor="lightcyan",alpha=0.9))