Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒

本篇文章將詳細講解Abaqus/CAE中局部坐標系的一些故事,內容來源于本人平時學習軟件時的心得和官方在線手冊以及曹金鳳老師、石亦平博士編寫的《ABAQUS有限元分析常見問題解答》,分為基礎小白篇(面向初學者)和高手進階篇(面向中級Abaqus仿真師)。

01

基礎小白篇(界面“點點點”)

1.在Abaqus/CAE中建立部件,然后點擊Tools——Datum;

Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖1

2.點擊CSYS——Three points(以最常用的三點建立坐標系為例)

Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖2


3.直角坐標系:先指明原點,按Enter鍵確定,然后在圖中選中自定義的X軸點的坐標(或自己直接輸入X軸點的坐標)按Enter鍵確定,最后在圖中選中自定義的X軸點的坐標(或自己直接輸入X軸點的坐標)按Enter鍵確定。

Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖3


4.柱坐標系以及球坐標系:先指明原點,按Enter鍵確定,然后在圖中選中徑向坐標軸R上的點(或者自己輸入徑向坐標軸R上的點),最后在圖中選中周向坐標軸Theta上的點(或者自己輸入周向坐標軸Theta上的點)。徑向、周向示意圖:

Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖4







02

高手進階篇(通過關鍵詞實現)

在ABAQUS中不同的模塊中使用不同的局部坐標系,其含義和用途各不相同。主要有以下三種局部坐標系:
1. 定義節點自由度的局部坐標系;
2. 單元局部坐標系;

3. 定義節點的局部坐標系。

01

定義節點自由度的局部坐標系(重點講解)


在定義表面集中力、集中力矩、或者 邊界條件 的時候,有時候不是在全局坐標系內定義的,需要在自定義的局部坐標系內定義,使用*TRANSFORM定義節點自由度的局部坐標系,用于定義載荷、邊界條件。若對一個節點制定了 *TRANSFORM 關鍵詞定義局部坐標系,則所有屬于該節點的數據,如位移和轉動自由度、集中載荷、邊界條件、節點輸出變量(如位移、速度、反力等)也被定義在該局部坐標系中。可以 定義徑向約束、周向約束

關鍵詞*TRANSFORM 使用規則:先定義節點集合,然后對于特定的節點集合使用局部坐標系。例如:

    *NSET, NSET=ex, GENERATE    
    2, 702, 100
    3, 703, 100
    *TRANSFORM, NSET=ex,TYPE=C
    0,0,0,0,0,1
    *BOUNDARY
    ex,2,2,0

第五行的6個數字分別代表a,b在新坐標系下的x,y,z坐標,詳細請看官方手冊這里將手冊內容,鏈接如下:http://wufengyun.com:888/v6.14/books/key/default.htm?startat=ch19abk11.html#usb-kws-mtransform摘抄如下:

1.Glob al X-coordinate of point a specifying transformation.
2.Global Y-coordinate of point a specifying transformation.
3.Global Z-coordinate of point a specifying transformation.
4.Global X-coordinate of point b specifying transformation.
5.Global Y-coordinate of point b specifying transformation.
6.Global Z-coordinate of point b specifying transformation.
Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖5
Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖6
Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒的圖7


以上用到的是inp文件特有語法,在這里簡單介紹上面用到的inp語法,對于inp語法的詳細語法,會在下次講解中講述。

        節點集合:*NSET, NSET=<結點集合名稱>,GENERATE        
                 <起始節點編號>,<結束節點編號>,<節點編號增量>
        邊界條件:*BOUNDARY
                 set名字,2,2,0 #表示約束2方向位移。
含義 為: 創建節點集合ex,將這些節點的自由度轉換至柱坐標系下,為這些節點定義位移邊界條件,約束2方向(周向)上的位移。 其中TYPE=C表示局部坐標系的類型為柱坐標系,如果TYPE=R,則為局部直角坐標系,TYPE=S,則為球坐標系。

大位移分析中,此局部坐標系的方向不會隨著材料的旋轉而旋轉

02

單元局部坐標系(基于各向異性)


使用 *ORIENTATION 定義局部坐標系,用于定義材料特性、應力 / 應變分量輸出、耦合約束。

*ORIENTATION, NAME=<局部坐標系名稱>, SYSTEM=<局部坐標系類型>, DEFINITION =<局部坐標系定義的方式>

例如:

  *ORIENTATION, NAME=aa, SYSTEM=ZRECTANGULAR,DEFINITION =NODES
  11,12
  2,75
  *SHELL SECTION,ELSET=bbb,MATERIAL=mat1,ORIENTATION=aa
  1.0,

含義為:定義名稱為aa的局部坐標系,類型為ZRECTANGULAR(局部直角坐標系),由三個點確定局部坐標系的方位,其中兩個點是節點11和12,第三個點是默認的原點;附加的轉動的繞局部坐標系的2方向,附加轉角為75°;將自定義的局部坐標系定義在殼截面上,殼厚度為1.0.

實體單元默認的材料方向為全局直角坐標系,殼單元和膜單元默認的材料方向則是全局坐標系到殼或膜表面的投影。用*ORIENTATION來定義的局部坐標系會影響各向異性材料以及應力/應變輸出的方向。在大位移分析中,此局部坐標系的方向會隨著材料的旋轉而旋轉。

03

定義節點的局部坐標(不常用)

只是使用局部坐標系來定義節點的坐標,而節點和單元本身的自由度仍然是基于全局坐標系的。具體方法是:使用關鍵詞*SYSTEM來定義局部直角坐標系,然后用關鍵詞*NODE來定義這個局部直角坐標系下的各個節點坐標。

*SYSTEM

400, 0, 0, 400, 0, 200

200, 0, 0

*NODE

1, 0, 0, 1

2,0 , 0, 2

含義為:定義局部直角坐標系,并在這個坐標系下定義節點1和節點2的坐標。其中*SYSTEM下面兩行語句給出了三個全局坐標系下的節點坐標,用來定義局部直角坐標系;*NODE下面兩行語句中的坐標是局部直角坐標系下的坐標。

本期內容就到此結束了,喜歡本篇文章的話可以關注本人公眾號:“易木木響叮當”,不定時分享一些Abaqus二次開發相關內容及疑難雜癥問題吧,將知識分享給需要的人吧~

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