在ABAQUS中基于圓柱坐標系設置關于坐標函數(shù)的表面力(keyword 曲面加載,圓柱坐標,面力)
物體受力在單一應力狀態(tài)下,內部各點也是單一狀態(tài)。在部分科研理論分析中,需要在物體內部挖孔,利用逆推法推導物理量。例如下圖所示,受Y方向某拉力作用,各點應力狀態(tài)為:
在圓孔中心位置建立圓柱坐標系,該應力狀態(tài)在圓柱坐標系下的公式為:
在這種情況下反推物理量,需要對曲面施加基于圓柱坐標系的面力。
案例如下:在圓弧面基于圓柱坐標系施加等效于單向應力狀態(tài)的面力。
加載前先建立圓柱坐標系(注意R軸方向為0度位置,T軸方向為角度增大方向,示意圖見文后的加載圖)
具體設置方法為:Load>Create Load>Mechanical>surface traction
選中中間曲面后,先設置徑向力,按以下參數(shù)設置:

Distribution:應力分配,點擊后面的f(x)創(chuàng)建一個基于圓柱坐標系的表達式,Local system 要選擇圓柱坐標系,Th為角度變量。

Traction:選擇General,為一般力。
Vector:點擊選擇圖標后,依次選擇(0,0,0) (-1,0,0) ,坐標選擇建立的圓柱坐標系。
注:面力方向矢量是基于所選坐標系,(-1,0,0)就是沿圓柱坐標系下的R軸反向。
Magnitude:選擇應力大小為1。
然后在創(chuàng)建一個Load,設置切向力,如下圖所示,也是基于圓柱坐標系。

再創(chuàng)建一個Load,在整體坐標系下對兩側的平面施加Y方向的面力,大小為1,同時對后面的面施加全約束。
最后加載形式為下圖所示:
求解結果如下圖:


大部分位置應力在0.99~1.01之間,為單向應力狀態(tài),加載方式正確。
本問題的關鍵是面力的方向問題,在選擇面力的方向矢量時,是基于所選坐標系。對于圓柱坐標系,切向力矢量為(0,-1,0)時,即力的方向只沿著theta的反方向。
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