abaqus中表面載荷的案例
基于ABAQUS海底滑坡模擬過程中海底載荷（泥線處海水對(duì)海底泥線的載荷）如何施加？ ￥3
利用ABAQUS進(jìn)行海底滑坡或海底沉降或滑坡模擬過程中，如果海底是水平的，則該載荷很容易添加，如果海底存在一定的坡度，則不同位置處海底載荷不相等，那么就需要利用一定的手段進(jìn)行施加。
本貼內(nèi)容就針對(duì)該問題為初學(xué)者進(jìn)行解惑。入門ABAQUS高級(jí)使用者請(qǐng)繞路
如果假設(shè)模型模擬參數(shù)如下：
①尺寸：長(zhǎng)250m，深125m，最淺處水深200m
那么海底泥線處載荷如何施加呢？
abaqus中的載荷類型
所有分析類型中，只要有載荷，就會(huì)隨之產(chǎn)生位移、應(yīng)變、應(yīng)力。這四個(gè)量，只要有一個(gè)產(chǎn)生，就會(huì)隨之產(chǎn)生另外三種，用數(shù)學(xué)公式表示他們之間關(guān)系的研究被稱為材料力學(xué)，而有限元法則是通過載荷得到位移和應(yīng)變，再根據(jù)以上求解應(yīng)力。因此，載荷類型必須要明確，下文對(duì)此作了說明。
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Abaqus中多相材料不規(guī)則表面輪廓提取
1 前言
在Abaqus切削仿真中，目前多采用二維正交模型來轉(zhuǎn)化和代替各種加工形式。目前對(duì)于Abaqus切削仿真的可查資料中，多是模型建立和一些注意事項(xiàng)，對(duì)于其后處理過程較少提及。加工表面的粗糙度是表面質(zhì)量評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，仿真得到的微觀結(jié)構(gòu)的細(xì)觀變化也是切削仿真的一大研究重點(diǎn)。因此，對(duì)切削表面的輪廓提取是有必要的。
在Abaqus中，在后處理過程中，輪廓提取可以采用多種方式，例如建立路徑和導(dǎo)出連續(xù)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。但是多相材料建模通常采用不同的Part最后Assembly得到，建立路徑只能在獨(dú)立的Part中進(jìn)行。除此之外，網(wǎng)格劃分與一般的規(guī)則形狀得到的網(wǎng)格也不相同，多相材料劃分得到的網(wǎng)格往往并不規(guī)則，因此導(dǎo)出連續(xù)節(jié)點(diǎn)也是不現(xiàn)實(shí)的。因此，要想導(dǎo)出多相復(fù)合材料的表面輪廓需要尋求一種別的方式。
本篇小節(jié)只要針對(duì)多相復(fù)合材料的切削表面輪廓進(jìn)行講述，所使用的軟件包括Abaqus、AutoCAD、Excel和Origin。除了Abaqus切削仿真表面輪廓提取，也可對(duì)一些其它復(fù)雜形狀和結(jié)構(gòu)的輪廓提取做出指導(dǎo)意義。
2 提取過程
如圖1所示為所選擇的一個(gè)案例的最終切削結(jié)果，其中顆粒和基體是單獨(dú)的Part，切削表面并不平整。提取目標(biāo)既最上面的一條輪廓曲線。要求：其中某一條線的實(shí)際長(zhǎng)度。
圖1 樣件的切削結(jié)果
第一步：在Abaqus Visualization界面下選擇命令Plot Deformed Shape，再點(diǎn)擊命令Render Model: Wireframe，得到如圖2所示的線框圖。
展開 ABAQUS中橢圓形移動(dòng)載荷DLOAD和UTRACLOAD子程序詳解：從定義到實(shí)現(xiàn) ￥288
圖5 切向載荷分布
3、子程序DLOAD和UTRACLOAD編程實(shí)現(xiàn)
確定好法向和切向移動(dòng)載荷分布后，利用FORTRAN編寫DLOAD和UTRACLOAD用戶子程序，實(shí)現(xiàn)法向和切向移動(dòng)載荷施加，載荷施加在滾動(dòng)接觸體表面（以圖6所示的鋼軌踏面施加移動(dòng)載荷為例）。
圖6 鋼軌表面施加法向和切向移動(dòng)載荷
3.1 法向移動(dòng)載荷實(shí)現(xiàn)DLOAD
DLOAD子程序是ABAQUS中定義體載荷、面載荷、線載荷等的一種接口，通過Fortran代碼自定義每個(gè)積分點(diǎn)上的載荷值。DLOAD適用于定義在單元上的載荷（如壓力、密度效應(yīng)等）；可以利用時(shí)間（TIME(1)）、空間坐標(biāo)（COORD）、元素編號(hào)等信息，來定義移動(dòng)的載荷區(qū)域或強(qiáng)度，主要用于法向載荷的模擬。
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Abaqus/CAE中定義與深度相關(guān)的載荷
在使用有限元分析時(shí)，有時(shí)候會(huì)遇到與深度相關(guān)的載荷，如：靜水壓力、地應(yīng)力等。Abaqus/CAE提供了直接定義這兩種載荷的方式，下面通過簡(jiǎn)單的例子介紹如何操作以及使用中應(yīng)該注意到問題。
靜水壓力載荷的定義
假設(shè)高100M的壓力容器，需在其內(nèi)部定義靜水壓力，如下圖1：
圖1 高100M的壓力容器內(nèi)部施加靜水壓力
靜水壓力在Pressure下定義，分布形式選擇Hydrostatic。根據(jù)壓力的計(jì)算公式：p=ρgh，得知最深出的水壓為980000Pa。還需要定義零水位高度坐標(biāo)值（Zero pressure height）和水位最深高度坐標(biāo)值（Reference pressure height），這里分別輸入100和0。如下圖2所示。
圖2 靜水壓力的施加
進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)壓力云圖如下，靜水壓力分布和預(yù)期的完全不一樣。
圖3 靜水壓力云圖
問題出在什么地方呢？這是因?yàn)?em>Abaqus默認(rèn)深度在Z軸方向上，而我們?cè)诮r(shí)，將深度方向放在了Y軸方向，如圖1。
將深度方向放在Z軸方向上后重新計(jì)算，得到的靜水壓力分布如下：
圖4 深度方向放在Z軸（左）以及靜水壓力云圖（右）
注意到筒底的靜水壓力接近于980000Pa，筒頂?shù)撵o水壓力也不是0Pa。這是因?yàn)樵茍D中的數(shù)值來源于單元的積分點(diǎn)，而不是節(jié)點(diǎn)。
靜水壓力也能用于2D模型，只是需要注意到是，此時(shí)，深度方向在Y軸方向。
地應(yīng)力的施加
Abaqus/CAE中施加地應(yīng)力時(shí)，需要在預(yù)定義場(chǎng)中定義，如下圖5所示，載荷類型為Geostatic。
圖5 地應(yīng)力的施加
需要定義的參數(shù)：第一點(diǎn)的深度坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)的垂直應(yīng)力；第二點(diǎn)的深度坐標(biāo)值與對(duì)應(yīng)的垂直應(yīng)力；兩方向的側(cè)向土壓力系數(shù)。
展開 在ABAQUS中基于圓柱坐標(biāo)系設(shè)置關(guān)于坐標(biāo)函數(shù)的表面力（keyword 曲面加載,圓柱坐標(biāo),面力）
在部分科研理論分析中，需要在物體內(nèi)部挖孔，利用逆推法推導(dǎo)物理量。例如下圖所示，受Y方向某拉力作用，各點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)為：
在圓孔中心位置建立圓柱坐標(biāo)系，該應(yīng)力狀態(tài)在圓柱坐標(biāo)系下的公式為：
在這種情況下反推物理量，需要對(duì)曲面施加基于圓柱坐標(biāo)系的面力。
案例如下：在圓弧面基于圓柱坐標(biāo)系施加等效于單向應(yīng)力狀態(tài)的面力。
加載前先建立圓柱坐標(biāo)系（注意R軸方向?yàn)?度位置，T軸方向?yàn)榻嵌仍龃蠓较颍疽鈭D見文后的加載圖）
具體設(shè)置方法為：Load>Create Load>Mechanical>surface traction
選中中間曲面后，先設(shè)置徑向力，按以下參數(shù)設(shè)置：
Distribution：應(yīng)力分配，點(diǎn)擊后面的f(x)創(chuàng)建一個(gè)基于圓柱坐標(biāo)系的表達(dá)式，Local system 要選擇圓柱坐標(biāo)系，Th為角度變量。
Traction：選擇General，為一般力。
Vector：點(diǎn)擊選擇圖標(biāo)后，依次選擇（0，0，0） （-1，0，0） ，坐標(biāo)選擇建立的圓柱坐標(biāo)系。
注：面力方向矢量是基于所選坐標(biāo)系，（-1，0，0）就是沿圓柱坐標(biāo)系下的R軸反向。
Magnitude：選擇應(yīng)力大小為1。
然后在創(chuàng)建一個(gè)Load,設(shè)置切向力，如下圖所示，也是基于圓柱坐標(biāo)系。
再創(chuàng)建一個(gè)Load，在整體坐標(biāo)系下對(duì)兩側(cè)的平面施加Y方向的面力，大小為1，同時(shí)對(duì)后面的面施加全約束。
最后加載形式為下圖所示：
求解結(jié)果如下圖：
大部分位置應(yīng)力在0.99~1.01之間，為單向應(yīng)力狀態(tài)，加載方式正確。
本問題的關(guān)鍵是面力的方向問題，在選擇面力的方向矢量時(shí)，是基于所選坐標(biāo)系。對(duì)于圓柱坐標(biāo)系，切向力矢量為（0，-1，0）時(shí)，即力的方向只沿著theta的反方向。
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