材料参数十有八九先躺在 Excel 里，坑也在那儿

01为什么不能直接把 Excel 存成 CSV 就导

材料数据在 Excel 里是二维的：一行一种材料， 一列一个参数。但 Abaqus 的材料不是二维的 —— 塑性是一张多行的曲线表，温度相关的每个属性又各自是一张表， 损伤起始下面还挂着演化。一张扁平的表格装不下这个结构， 所以中间必然要有一次结构转换。

目标格式是 JSON。它的顶层可以是两种写法，插件都收：

{"materials": [ ... ]}     带外壳
[ ... ]                    直接一个数组

第二种就是插件导出材料时写出来的形状 —— 所以「先导出一份看看格式」是最省事的起点， 尤其是当你已经在 CAE 里手工建好了一个材料当样板。 这条路和它的边界在材料复用到别的模型那篇里讲了。

一个最小的目标文件

下面是从 Excel 里那一行「密度、模量、泊松比 + 一条硬化曲线」 转出来之后该有的样子：

{
  "materials": [
    {
      "name": "Steel_Q345",
      "description": "structural steel",
      "density": 7.85e-09,
      "elastic": { "youngsModulus": 206000.0, "poissonsRatio": 0.3 },
      "plastic": {
        "table": [
          [345.0, 0.0],
          [420.0, 0.02],
          [480.0, 0.06],
          [520.0, 0.15]
        ]
      }
    }
  ]
}

注意 density 那一行：只有一列的属性块 可以直接写一个数，不用包成对象。 这一点在从 Excel 转的时候很实用 —— 密度、比热、导热系数、热膨胀系数都是单列，一格对一个值， 省掉一层嵌套。字段的完整清单在帮助文档的格式一节。

02坑一：另存编码 —— 报错和编码没关系

这是从 Excel 出发时的头号坑， 因为它的报错一个字都没提编码：

materials.json 不是合法的 JSON:...

文件明明是从一个能打开的 JSON 编辑器里存出来的， 括号也数对了，怎么就不合法？ 原因是插件读文件时按 UTF-8 解， 而在中文 Windows 上 Excel 和记事本的默认编码不是 UTF-8。 只要文件里有一个中文字符（最常见的就是 description 里那句说明）， 解码就会失败，而失败被归到了「JSON 不合法」这一类里。

换个角度：如果整个文件一个中文都没有， 那么 GBK 和 UTF-8 存出来的字节是一样的，怎么存都能读。 所以这个坑只在你写了中文的材料名或说明时才会踩到。 也就是说，它专挑「认真写了注释的人」下手。

03坑二：单元格里到底什么算数字

Excel 单元格里看着是数字的东西，转成 JSON 之后不一定是数。 这一栏的报错有三句，都很短：

elastic: values must be numbers
plastic: row [345.0, '0.02 '] is not a list of numbers
elastic: missing key(s) poissonsRatio

但哪些真的会挂、哪些其实没事，跟直觉不太一样。 先说不用管的两种：

所以在 Excel 侧要做的清理其实只有三件：

1. 关掉千分位。单元格格式里的「使用千位分隔符」会在导出时把逗号带出去。 数值格式统一设成常规或科学计数。
2. 单位不要写在数字旁边。单位写在表头里，别写在单元格里。 「206000 MPa」这种写法在 Excel 里看着清楚，转出去就是一个字符串。
3. 把公式错误和空格清干净。整列筛一遍有没有 #N/A、#REF!、 以及看不出来的空单元格。

另外一句报错值得单独说：missing key(s) poissonsRatio这类是整个键没写，而不是值不对。 从 Excel 转的时候，某一列在源表里根本不存在（比如泊松比那一列被同事删了） 就会得到这一句，它会明确点名缺哪个键。

04坑三：排序按钮，和塑性表的两条硬规则

这一坑最隐蔽，因为它不是打字错误，是一次无害的操作造成的。

塑性表有两条硬规则：每条硬化曲线的第一行塑性应变必须正好是 0， 并且塑性应变必须沿表严格递增。 在 Excel 里，只要你按屈服应力那一列点了一下排序， 第二条通常就断了：

plastic: plasticStrain must increase down the table, got 0.02 after 0.06
plastic: the first plastic strain must be 0, got 0.02

报错会把两个数都写出来，所以定位不难 —— 难的是意识到「我什么时候排过序」。 对策很土但有效：塑性曲线那几列单独放一张工作表， 并且永远按塑性应变升序存放， 排序只在这一列上做。

这两条规则各自为什么必须成立、以及第一行为什么是 0 而不是一个很小的数， 在塑性表三类报错里逐条讲了；从拉伸曲线换算到能填的表在真应力真应变换算。

还有一条：所有行的列数必须一样

plastic: all rows must have the same length

Excel 侧的成因几乎总是同一个：温度那一列只填了一部分行。 前面几行有温度，后面几行忘了填， 转出来就是有的行三个数、有的行两个数。

05单位换算就在 Excel 里做完

手册和供应商给的数据基本都是 SI：密度 kg/m³、模量 Pa 或 GPa、 比热 J/(kg·K)。Abaqus 里更常用的是 tonne-mm-s： 密度那个量级变成 1e-09、模量用 MPa、比热要乘 1e6。

这一步在 Excel 里做，不要在脑子里做，也不要在转换脚本里做。理由很实际：Excel 里多加一列公式，换算结果和原始值并排放着， 肉眼扫一遍就知道量级对不对； 埋进脚本里就看不见了，而这一栏错了的代价是 「静力结果看着正常，一做模态差几十倍」。

十项换算的完整对照和每一项的推导在Abaqus 单位制怎么选，比热那个 1e6 是怎么来的在导热系数与比热，帮助文档的单位一节有同一张表可以直接对。

06一个能跑的 CSV 转 JSON 脚本

公式拼 JSON 那条路（用 TEXTJOIN 之类在单元格里拼字符串） 在只有几种材料、只填密度和弹性的时候够用， 一旦要带塑性曲线就会变成一团没法维护的公式。 超过这个规模就该用脚本。

下面这个脚本只用 Python 标准库，跑在普通 Python 里，不需要 Abaqus —— 所以可以在自己机器上反复试，不占许可证。 它吃两个 CSV：一个一行一种材料，一个装塑性曲线。

materials.csv
name,description,density,E,nu
Steel_Q345,structural steel,7.85e-09,206000,0.3

plastic.csv
name,yieldStress,plasticStrain
Steel_Q345,345,0
Steel_Q345,420,0.02
Steel_Q345,480,0.06
Steel_Q345,520,0.15

# -*- coding: utf-8 -*-
"""csv_to_json.py —— 把两张 CSV 转成材料库 JSON。普通 Python 就能跑。"""
import csv
import json
from collections import OrderedDict


def read_csv(path):
    # utf-8-sig：Excel 存出来的 BOM 在这里就吃掉了
    with open(path, newline='', encoding='utf-8-sig') as f:
        return list(csv.DictReader(f))


def number(text, where):
    """一格转一个数。这里挂掉，比导入时挂掉便宜得多。"""
    cleaned = (text or '').strip()
    if not cleaned:
        raise ValueError('%s 是空的' % where)
    try:
        return float(cleaned)
    except ValueError:
        raise ValueError('%s 不是数字：%r' % (where, text))


def build(materials_path, plastic_path):
    curves = OrderedDict()
    for i, row in enumerate(read_csv(plastic_path), start=2):
        name = row['name'].strip()
        curves.setdefault(name, []).append([
            number(row['yieldStress'], 'plastic.csv 第 %d 行 yieldStress' % i),
            number(row['plasticStrain'], 'plastic.csv 第 %d 行 plasticStrain' % i),
        ])

    out = []
    for i, row in enumerate(read_csv(materials_path), start=2):
        name = row['name'].strip()
        spec = OrderedDict()
        spec['name'] = name
        if row.get('description', '').strip():
            spec['description'] = row['description'].strip()
        spec['density'] = number(row['density'], '第 %d 行 density' % i)
        spec['elastic'] = OrderedDict([
            ('youngsModulus', number(row['E'], '第 %d 行 E' % i)),
            ('poissonsRatio', number(row['nu'], '第 %d 行 nu' % i)),
        ])
        rows = curves.get(name)
        if rows:
            # 按塑性应变升序 —— Excel 里排过序也不怕
            rows = sorted(rows, key=lambda r: r[1])
            if rows[0][1] != 0.0:
                raise ValueError('%s 的第一行塑性应变不是 0' % name)
            spec['plastic'] = {'table': rows}
        out.append(spec)
    return out


if __name__ == '__main__':
    specs = build('materials.csv', 'plastic.csv')
    with open('materials.json', 'w', encoding='utf-8') as f:
        json.dump({'materials': specs}, f, indent=2, ensure_ascii=False)
        f.write('\n')
    print('wrote %d material(s)' % len(specs))

几个刻意的选择，都是为了让错误尽早暴露：

• encoding='utf-8-sig' 读、encoding='utf-8' 写， 加上 ensure_ascii=False —— 中文说明按原字符写出去，第 02 节那个坑一次解决。
• 每一格转数字都带上「哪个文件第几行哪一列」。 CSV 的行号从 2 起算，因为第 1 行是表头 —— 这样报出来的行号和 Excel 里看到的行号是同一个数。
• 塑性曲线在脚本里重新按塑性应变排一次序， 并且当场检查第一行是不是 0。 这两条本来是导入时才查的，提前到这里查， 是因为这时候你还开着 Excel。

07报错对照：这句话对应 Excel 里的哪一格

文件转好了导进去，还是可能被拦。 下面这张表把导入时会看到的原话映射回 Excel 侧的成因， 按「先看文件层、再看材料层、最后看数值层」的顺序排。

泊松比那一条为什么是硬边界、0.4999 为什么比 0.5 更麻烦，在弹性模量与泊松比里推过。

还有一条路：不经过 Excel

如果你要的材料本来就是常见牌号， 那么从站上的在线材料库直接取，比自己维护一张 Excel 省事 —— 数值带出处，单位制也已经是统一的。 要说清楚的是能力边界：在线材料库需要 Abaqus 2023 或更新的版本； 2022 及更早的版本没有激活途径，只能走本地 JSON 文件这条路， 也就是这篇讲的做法。两条来源的差别列在产品页的数据来源一节。