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ANSYS與Abaqus球坐標(biāo)系下的結(jié)果讀取
ANSYS與Abaqus球坐標(biāo)系下的結(jié)果讀取
1 概述
采用ANSYS和Abaqus軟件計(jì)算的結(jié)果通常默認(rèn)的結(jié)果是在總體笛卡爾坐標(biāo)系下產(chǎn)生的結(jié)果,這對于應(yīng)力或者應(yīng)變等分量的分析有時(shí)候不方便,比如對于一個(gè)圓筒體,比較關(guān)心其徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力,而這個(gè)結(jié)果直接讀取使不可能的,需要一定的轉(zhuǎn)換。
這就是結(jié)果坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。
在軟件里,應(yīng)力分量表示為sx,xy,xz(ANSYS),s11,s22,s22(Abaqus),當(dāng)其轉(zhuǎn)換到柱坐標(biāo)或者球坐標(biāo)時(shí),對應(yīng)的應(yīng)力分量就發(fā)生變化,sx和s11均表示徑向應(yīng)力。
2 ANSYS
建立一個(gè)球體模型,如圖1,加載求解,得到其總體坐標(biāo)系下的sx應(yīng)力分量。
圖1
在后處理器中,將結(jié)果坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為球坐標(biāo)系,采用的命令為:RSYS。查詢ANSYS幫助文檔,如圖2:
圖2 RSYS
0,1,2分別代表笛卡爾坐標(biāo)系,柱坐標(biāo)系,球坐標(biāo)系。
輸入命令:RSYS,2
顯式結(jié)果sx為圖3,此時(shí)的sx應(yīng)力分量為徑向應(yīng)力。
圖3
3 Abaqus
建立模型加載求解,得到s11應(yīng)力分量如圖4.
圖4
轉(zhuǎn)換結(jié)果坐標(biāo)系,Visualization模塊下選擇 Tools--Create Coordinate Aystem,按指定方法建立局部坐標(biāo)系,然后選擇Result-Option,選擇Transformation標(biāo)簽,User-specified,就可以看到新建立的坐標(biāo)系,選擇新建的坐標(biāo)系即可完成坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。
如圖5,圖6
圖5
建立球坐標(biāo)系的時(shí)候根據(jù)Abaqus窗口下方的提示進(jìn)行操作。
圖6
最終轉(zhuǎn)換為徑向應(yīng)力的顯式結(jié)果,如圖7
圖7
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)
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)系下對兩側(cè)的平面施加Y方向的面力,大小為1,同時(shí)對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。
展開 hypermesh關(guān)聯(lián)abaqus-坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)邊界 ¥10
有時(shí)候使用hm去設(shè)置坐標(biāo)系,都不太清楚邊界是否關(guān)聯(lián)上相應(yīng)的坐標(biāo)系,只有打開abaqus查看才發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)bug,重新校核下。
現(xiàn)下看下abaqus默認(rèn)的
*Nset, nset=_T-PART-1-1-WW, internal
_M18,
_M19,
_M20,
_M21,
_M22,
_M23,
_M24,
*Transform, nset=_T-PART-1-1-WW
0.650207662680776, -0.749978756954605, 0.121498393026525, -0.152359230545774, 0.027956435087132, 0.987929705295229
嗯,abaqus是單獨(dú)將對應(yīng)的點(diǎn)作為一個(gè)Nset,然后調(diào)用*Transform關(guān)鍵字搞定的。
展開 Abaqus-部件的坐標(biāo)系變換(平移或者旋轉(zhuǎn)) ¥3.99
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<p><a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/abaqus" style="text-decoration: none;"></a><a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/abaqus" style="text-decoration: none;"></a><a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/abaqus" style="text-decoration: none;"></a><a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/abaqus" style="text-decoration: none;"></a><a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/abaqus" class="jsk-anchor">Abaqus</a>的【部件】的坐標(biāo)系(平移、旋轉(zhuǎn)或二者的組合)變換,圖1為平移的示例。
展開 
[軟件使用]abaqus殼單元局部坐標(biāo)系,你學(xué)會(huì)了嗎?
在使用abaqus進(jìn)行有限元分析的工作中,確定殼單元局部坐標(biāo)系是一項(xiàng)重要的工作,其原因之一在于在abaqus中,殼單元的位移輸出基于整體坐標(biāo)系,應(yīng)力應(yīng)變輸出基于局部坐標(biāo)系,因此如果不能準(zhǔn)確地確定殼單元的局部坐標(biāo)系,在后處理查看計(jì)算結(jié)果時(shí)可能會(huì)無法準(zhǔn)確理解計(jì)算結(jié)果。
通常情況下,殼單元的局部坐標(biāo)系如下圖所示,其包含平面內(nèi)的1,2軸和平面法線的n軸(3軸)。顯然,n軸由殼單元所在平面確定,但是其有兩種選擇,即由“殼內(nèi)指向殼外”和由“殼外指向殼內(nèi)”。
那么在abaqus中,殼單元的局部坐標(biāo)系依據(jù)以下規(guī)則定義:
(1)對于一個(gè)3節(jié)點(diǎn)/4節(jié)點(diǎn)殼單元,按照右手定則,拇指指向即為n軸方向。
殼單元節(jié)點(diǎn)順序?yàn)?-2-4-3時(shí)的n軸方向。
(2)確定好n軸之后,接下來的1軸和2軸按照以下規(guī)則確定:
將整體坐標(biāo)系的X軸投影到殼單元上,投影方向即為1軸。再按照右手定則,1-2-n軸形成右手坐標(biāo)系,即右手拇指指向n軸時(shí),其余4指的旋轉(zhuǎn)方向從1軸轉(zhuǎn)向2軸,具體圖解如下:右側(cè)為整體坐標(biāo)系,左手為局部坐標(biāo)系。
按照上述規(guī)則必然會(huì)存在一種特殊情況,即整體1軸與殼單元垂直,則此時(shí)整體1軸投影到殼單元上會(huì)是一個(gè)點(diǎn),無法確定局部1軸方向,在這種情況下,abaqus采用整體3軸投影到殼單元上作為局部1軸方向。
以上就是殼單元局部坐標(biāo)系的確定過程,下面以一個(gè)例子,來表明殼單元局部坐標(biāo)系確定的具體作用。
以如圖所示外壓圓環(huán)為例:
計(jì)算完成后,后處理S11應(yīng)力分布如下:
S22分布:
很明顯,應(yīng)力云圖不符合常規(guī)理解。均勻外壓圓環(huán)的應(yīng)力分布應(yīng)當(dāng)是相對均勻的,而不會(huì)出現(xiàn)在“某一格”的單元應(yīng)力分布明顯不同于其他單元。
展開 Abaqus疑難雜癥——局部坐標(biāo)系的那些事兒
本篇文章將詳細(xì)講解Abaqus/CAE中局部坐標(biāo)系的一些故事,內(nèi)容來源于本人平時(shí)學(xué)習(xí)軟件時(shí)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(chǔ)小白篇(面向初學(xué)者)和高手進(jìn)階篇(面向中級Abaqus仿真師)。
01
基礎(chǔ)小白篇(界面“點(diǎn)點(diǎn)點(diǎn)”)
1.在Abaqus/CAE中建立部件,然后點(diǎn)擊Tools——Datum;
2.點(diǎn)擊CSYS——Three points(以最常用的三點(diǎn)建立坐標(biāo)系為例)
3.直角坐標(biāo)系:先指明原點(diǎn),按Enter鍵確定,然后在圖中選中自定義的X軸點(diǎn)的坐標(biāo)(或自己直接輸入X軸點(diǎn)的坐標(biāo))按Enter鍵確定,最后在圖中選中自定義的X軸點(diǎn)的坐標(biāo)(或自己直接輸入X軸點(diǎn)的坐標(biāo))按Enter鍵確定。
4.柱坐標(biāo)系以及球坐標(biāo)系:先指明原點(diǎn),按Enter鍵確定,然后在圖中選中徑向坐標(biāo)軸R上的點(diǎn)(或者自己輸入徑向坐標(biāo)軸R上的點(diǎn)),最后在圖中選中周向坐標(biāo)軸Theta上的點(diǎn)(或者自己輸入周向坐標(biāo)軸Theta上的點(diǎn))。
展開 ABAQUS中復(fù)合材料建模,在復(fù)雜的模型時(shí),如何建立局部坐標(biāo)系呢
ABAQUS中復(fù)合材料建模,在復(fù)雜的模型時(shí),如何建立局部坐標(biāo)系呢
基于ABAQUS軟件,在壓力容器中建立柱坐標(biāo)系,表征壁厚的非均勻分布 ¥9.9
基于ABAQUS軟件,用殼單元進(jìn)行波紋管(管道連接件)的建模,在波紋管中心建立柱坐標(biāo)系,輸入壁厚減薄的公式表征壁厚的非均勻分布。備注:需要提前在場邊量添加STH命令,厚度結(jié)果在后處理查看。
有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列38: 梁單元差異(2)-梁截面方向
一般軟件都有幾種方式設(shè)置梁的截面方向,有幾種:
(1) 指定一個(gè)三維方向矢量v
(2) 指定一個(gè)三維節(jié)點(diǎn)
(3) 指定一個(gè)轉(zhuǎn)角,這個(gè)轉(zhuǎn)角為默認(rèn)的梁的方向沿軸線旋轉(zhuǎn)
這三種方式后臺最終都是先求出一個(gè)截面方向,另外一個(gè)方向只要滿足右手定則即可,在Abaqus、Nastran、iSolver中我們都以第一種方式直接指定一個(gè)三維矢量v來說明截面方向。同時(shí)以下方的L型材來說明同一個(gè)型材在不同軟件中的截面方向(算例名稱為OneBeam.cae/Beam-OneMesh-L)。
2.2 Abaqus的梁截面方向
2.2.1 Abaqus梁截面屬性關(guān)聯(lián)時(shí)的局部坐標(biāo)系方向
在Abaqus中,創(chuàng)建一根梁由節(jié)點(diǎn)1和2組成,同時(shí),節(jié)點(diǎn)1、2分別是梁的第一和第二節(jié)點(diǎn)。此例子中x=0為節(jié)點(diǎn)1。
梁局部坐標(biāo)系的x方向永遠(yuǎn)都是1->2節(jié)點(diǎn),abaqus中稱為t方向,如下方:
設(shè)置梁方向時(shí),輸入n1的一個(gè)三維方向矢量,簡單起見,n1和t直接取垂直,取默認(rèn)的0,0,-1:
Abaqus后臺得到
局部坐標(biāo)系的z方向(即截面2的方向)Abaqus.2= t×n1
局部坐標(biāo)系的y方向(即截面1的方向)Abaqus.1=Abaqus.2×t
最終t,S.1,S.2滿足右手定則,得到局部坐標(biāo)系方向
三維顯示為:
2.2.2 Abaqus梁截面幾何尺寸的設(shè)置方向
很簡單,梁截面幾何尺寸的設(shè)置方向的1、2就是Abaqus的局部坐標(biāo)系的y、z軸。
2.3 Nastran的梁截面方向
2.3.1 Nastran梁截面屬性關(guān)聯(lián)的局部坐標(biāo)系方向
Nastran的局部坐標(biāo)系的x方向和Abaqus完全一致,都是節(jié)點(diǎn)1->2方向t。
展開 ABAQUS后處理S12,S13,S23的理解
在下食詩吃詞,今天我們來討論一下ABAQUS后處理中S12,S13,S23的含義。
有過彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)的同學(xué)們都知道,我們單元的應(yīng)力狀態(tài)有正應(yīng)力與剪應(yīng)力,根據(jù)坐標(biāo)的指向,可以分為以下類別:
正應(yīng)力:σxx,σyy,σzz
切應(yīng)力:τxy,τxz,τyx,τyz,τzx,τzy
我們知道:
τxy=τyx,τxz=τzx,τyz=τzy
其在彈性力學(xué)中的分布跟坐標(biāo)系相關(guān),如下所示:
如上圖,z坐標(biāo)方向單元面的法向應(yīng)力為z方向的正應(yīng)力σzz,z坐標(biāo)方向的指向x方向的切應(yīng)力則為τzx,z坐標(biāo)方向的指向y方向的切應(yīng)力則為τzy。正如大家所知,在ABAQUS默認(rèn)坐標(biāo)系中,我們的x=1,y=2,z=3。
而我們的后處理中得到的應(yīng)力為:
S11,S22,S33,S12,S13,S23
由此便可確定我們在既定坐標(biāo)系下的正應(yīng)力與各個(gè)剪應(yīng)力的方向。
即
S11=σxx,S22=σyy,S33=σzz,S12=τxy=τyx,S13=τxz=τzx,S23=τyz=τzy
如此,我們便可確定所建模型的剪應(yīng)力等方向。
由下我們建立如下模型:
上部模型為上下端完全固定,側(cè)面施加20MPa的壓強(qiáng),計(jì)算分析得到結(jié)果如下圖,以S13為例。
提取如圖位置單元,根據(jù)單元以及上圖坐標(biāo)系畫出分析圖如下:
需要注意的是,我們ABAQUS中的坐標(biāo)是裝配時(shí)默認(rèn)的,那么根據(jù)結(jié)果圖中的坐標(biāo)系畫出與彈塑性力學(xué)中不同方法的坐標(biāo),以相同的方法來判斷我們的各個(gè)剪應(yīng)力方向即可得到以上結(jié)果。
展開 ABAQUS單元特點(diǎn)總結(jié)
ABAQUS擁有廣泛適用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的龐大單元庫。單元類型的選擇對模擬計(jì)算的精度和效率有重大的影響。
節(jié)點(diǎn)的有效自由度依賴于此節(jié)點(diǎn)所在的單元類型;單元的名字完整地標(biāo)明了單元族、單元的數(shù)學(xué)描述、節(jié)點(diǎn)數(shù)及積分類型;所用的單元都必須指定單元性質(zhì)選項(xiàng)。單元性質(zhì)選項(xiàng)不僅用來提供定義單元幾何形狀的附加數(shù)據(jù),而且用來識別相關(guān)的材料性質(zhì)定義;對于實(shí)體單元,ABAQUS參考整體笛卡爾坐標(biāo)系來定義單元的輸出變量,如應(yīng)力和應(yīng)變。可以用*ORIENTATION選項(xiàng)將整體坐標(biāo)系改為局部坐標(biāo)系;對于三維殼單元,ABAQUS參考建立在殼表面上的一個(gè)坐標(biāo)系來定義單元的輸出變量。可以用*ORIENTATION選項(xiàng)更改這個(gè)參考坐標(biāo)系。
· 節(jié)點(diǎn)數(shù):決定單元插值的階數(shù)。
· 數(shù)學(xué)描述:定義單元行為的數(shù)學(xué)理論。
· 積分:應(yīng)用數(shù)值方法在每一單元的體積上對不同的變量進(jìn)行積分。
· 部分單元采用高斯積分方法計(jì)算單元內(nèi)每一高斯點(diǎn)處的材料響應(yīng)。
· 單元末尾用字母“R”識別減縮積分單元,否則是全積分單元。
根據(jù)單元族,可以分為實(shí)體單元,殼單元,梁單元,桁架單元,膜單元,剛體單元,特殊目的單元等。各種單元的特點(diǎn)如下圖所示。
根據(jù)積分方式,可以分為線性完全積分單元,二次完全積分單元,線性縮減積分單元,二次縮減積分單元,非協(xié)調(diào)模式單元,線性三角形和四面體單元,二次三角形和四面體單元,修正二次三角形和四面體單元,雜交單元。其特點(diǎn)如下圖所示。
賞
展開 
ABAQUS單元特點(diǎn)總結(jié)
ABAQUS擁有廣泛適用于結(jié)構(gòu)應(yīng)用的龐大單元庫。單元類型的選擇對模擬計(jì)算的精度和效率有重大的影響。
節(jié)點(diǎn)的有效自由度依賴于此節(jié)點(diǎn)所在的單元類型;單元的名字完整地標(biāo)明了單元族、單元的數(shù)學(xué)描述、節(jié)點(diǎn)數(shù)及積分類型;所用的單元都必須指定單元性質(zhì)選項(xiàng)。單元性質(zhì)選項(xiàng)不僅用來提供定義單元幾何形狀的附加數(shù)據(jù),而且用來識別相關(guān)的材料性質(zhì)定義;對于實(shí)體單元,ABAQUS參考整體笛卡爾坐標(biāo)系來定義單元的輸出變量,如應(yīng)力和應(yīng)變。可以用*ORIENTATION選項(xiàng)將整體坐標(biāo)系改為局部坐標(biāo)系;對于三維殼單元,ABAQUS參考建立在殼表面上的一個(gè)坐標(biāo)系來定義單元的輸出變量。可以用*ORIENTATION選項(xiàng)更改這個(gè)參考坐標(biāo)系。
·
節(jié)點(diǎn)數(shù):決定單元插值的階數(shù)。
·
數(shù)學(xué)描述:定義單元行為的數(shù)學(xué)理論。
·
積分:應(yīng)用數(shù)值方法在每一單元的體積上對不同的變量進(jìn)行積分。
·
部分單元采用高斯積分方法計(jì)算單元內(nèi)每一高斯點(diǎn)處的材料響應(yīng)。
·
單元末尾用字母“R”識別減縮積分單元,否則是全積分單元。
根據(jù)單元族,可以分為實(shí)體單元,殼單元,梁單元,桁架單元,膜單元,剛體單元,特殊目的單元等。各種單元的特點(diǎn)如下圖所示。
根據(jù)積分方式,可以分為線性完全積分單元,二次完全積分單元,線性縮減積分單元,二次縮減積分單元,非協(xié)調(diào)模式單元,線性三角形和四面體單元,二次三角形和四面體單元,修正二次三角形和四面體單元,雜交單元。其特點(diǎn)如下圖所示。
轉(zhuǎn)自公眾號——ABAQUS大世界
旨在分享,若侵即刪.
展開 世上竟有如此厚顏無恥之人——手撕Victor系列(一)
案例02
—
Abaqus圓柱坐標(biāo)系及離散坐標(biāo)系對復(fù)雜曲面分析對比
這篇文章Victor團(tuán)隊(duì)發(fā)布于三天前,鏈接地址為:
https://mp.weixin.qq.com/s/oJkmWXx_i5jwcHMVq0XPog
要對比的正版視頻內(nèi)容同樣發(fā)布在“技術(shù)鄰”平臺上,發(fā)布于2016年10月25日,課程名稱為:Abaqus復(fù)合材料分析系列——進(jìn)階篇,這是目前技術(shù)鄰最火爆的課程之一,播放量已達(dá)到43000多。抄這篇算你有眼光。我們本次要對比的內(nèi)容主要在第五章、第六章和第七章,目前已設(shè)置免費(fèi),歡迎觀看。
展開 有限元理論基礎(chǔ)及Abaqus內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方式研究系列40: 梁單元差異(4)-形心、剪心和偏置
(2)單獨(dú)在PBEAM中設(shè)置Offset,此時(shí)Offset是相對型材截面局部坐標(biāo)系的,表示形心的移動(dòng),在BDF中PBEAM關(guān)鍵詞中可以修改,沒找到界面的修改地方,個(gè)人基本不用,不是很懂。
1.5.3 iSolver
Nastran相比Abaqus的優(yōu)勢:
(1)Nastran所有的型材都可以設(shè)置偏置,而Abaqus很多型材如果要偏置就非常麻煩,譬如Rectangle沒有偏置,只能采用Trapzoid中設(shè)置上下底相等或者采用Arbitrary梁。
(2)看上面解釋可對形心和節(jié)點(diǎn)分別設(shè)置偏置,個(gè)人想不出應(yīng)用場景,總覺得型材安裝位置應(yīng)該只能整體移動(dòng),而不是節(jié)點(diǎn)和形心可以分別移動(dòng)。
Nastran相比Abaqus的劣勢:
很多實(shí)際情況是型材和下面的安裝的蒙皮的相對位置是定的,但在三維空間的位移是變化的,所以個(gè)人覺得Abaqus的相對坐標(biāo)系的偏置更實(shí)用一點(diǎn)。
也正是基于Abaqus和Nastran的優(yōu)缺點(diǎn)考慮,iSolver采用了Abaqus的局部坐標(biāo)系的偏置,同時(shí)和Nastran一樣可以對矩形或者L型等設(shè)置雙向偏置。當(dāng)然,更好的設(shè)置偏置的方式是自動(dòng)偏置,這是Nastran和Abaqus均沒有的功能。
1.6 視頻講解和操作驗(yàn)證演示
如果覺得上面的文字太復(fù)雜,也可以看一下視頻的簡要講解和軟件演示,地址如下:
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884 20理論系列文章40-梁單元差異(4)-形心、剪心和偏置
==以往的系列文章==
========第一階段========
第一篇:S4殼單元?jiǎng)偠染仃囇芯俊?http://www.yqgqt.org.cn/content/post/338859
第二篇:S4殼單元質(zhì)量矩陣研究。
展開 ABAQUS與你我的約定
,那么它們將與局部坐標(biāo)系中的相關(guān)坐標(biāo)軸一致。
abaqus坐標(biāo)系的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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