Abaqus有限元分析学习笔记（2）——复合运动实现方法

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事情是这样的，在之前的abaqus学习笔记里面我想实现这样一个运动：

物体在围绕自身y轴与x轴自转的同时，沿着基坐标系做平移运动。

这里先把最终实现的结果放在这里：

CompositeMotionDemo-job8

△ 建立模型

为了分析这个问题，首先来建立一个简单的仿真模型。

这里我直接用上一个笔记里面建立好的立方体模型。

立方体沿z轴负方向做平移运动

CompositeMotion-job1

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△ 施加转动（错误示范）

○ 施加y轴自转

在上面的模型中，增加立方体沿自身y轴的自转运动

效果如下：

CompositeMotionDemo-job2

○ 施加x轴转动

直接在边界条件中添加沿x方向的转动

结果如下，可以看到立方体并没有同时沿两个旋转轴同时转动，而是沿参考点平移运动的同时做沿某个轴心的转动。

CompositeMotionDemo-job3-1

也就是说在边界条件里添加的约束只能为模型添加沿一个方向的平移运动和沿一个轴心的旋转运动。

而我们所希望的，在平移的同时，一边沿y轴旋转一边沿x轴旋转属于复合运动，是不能直接在边界条件里施加的。

而如果在边角条件中同时定义了部件的参考点沿不同坐标系的运动（也就是旋转运动定义到自身局部坐标，平移运动定义到基坐标），提交运行时软件就会报错。。。

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△ 施加转动（正确示范）

为了实现上面所说的运动，我们需要把这个运动分解成两部分，然后进行耦合。

首先将沿y轴的自转定义到立方体自身的局部坐标系中，而这个坐标系需要随着立方体的运动而运动，这样自转运动就不会收到其他运动干扰。

然后建立另一个参考点，让这个参考点做平移和沿x轴的旋转。

最后把两个参考点的运动进行耦合。

○ 建立新参考点并施加平移和沿x轴旋转

新的参考点在立方体顶面中央原参考点上方4mm

为新参考点施加边界条件

其中沿x轴转动180°，折合1.05r/s

○ 建立铰链接

首先创建连接截面

选择铰链连接

需要注意的是，铰链连接会约束除了x方向平移自由度以外的所有自由度

行为选择刚性

然后创建连接

依次选择RP-1和RP-0，两个点的顺序是有区别的，但是在这里没有影响。

这种方法会自动在两个点之间建立线条特征，并在第一个点上建立参考坐标系，如果需要指定可以实现自己建立。

○ 施加自转错误示范

将立方体自转的参考系修改为铰连接的参考坐标系，旋转轴选择为x轴

这时如果提交分析，软件会报错

查看结果会是这样的效果：

【插入视频4】

可以看到随着沿x轴方向旋转角度的增大，立方体的沿自身y轴方向的自转会越来越快，然后炸掉。

这是因为立方体的运动还是以局部坐标系的初始方向为基准的，当立方体沿x方向转动时，他的旋转运动在y轴方向的分量比例会越来越小，为了保证其分量不变，他自身的运动就会越来越快以至于无穷大。

※ 错误原因分析

【 ！】从这里也可以知道，在abaqus的部件模块里建立的局部坐标系（立方体上的就是），在仿真计算过程中也是相对于基坐标的方向固定的。
虽然在部件模块建立的局部坐标系，在装配模块里会随部件的移动和旋转而跟随运动，但是仿真计算时只考虑初始状态的方向，如果过程中部件发生了转动或变形，坐标系不会跟随变化。

以下几篇文章在我探索过程中给了我一定的启示：

关于局部坐标系，也可以参考这篇文章的内容
→→→【Abaqus疑难杂症——局部坐标系的那些事儿】
这篇文章还有配套的视频，但是作者并没有讲清楚该怎样通过修改inp文件来建立随动局部坐标系

→→→【极少人知道的ABAQUS坐标转化法】
这篇文章讲了关于使用inp文件建立局部坐标系的关键字，并简单解释了一下

→→→【ABAQUS几何非线性问题：薄板大变形（如何定义材料方向）】
这篇文章讲了如何在几何大变形分析问题中建立随动的局部坐标系，虽然它定义的是材料的方向，但是确实是在界面中定义的。
这种方法可能也可以用来做非线性材料的分析

不过呢。。。看完这几篇文章之后我还是对如何建立随动局部坐标系云里雾里。。。

于是我又找到了官方的帮助文档

首先可以看这个

→→→【ABAQUS documents帮助文档获取及使用指南】

然后是这个

→→→【abaqus中关于*ORIENTATION关键字的解释】
这个是官方文档，首先呢就是得注册了才能看，其次是没有中文。。。

看完之后我对该如何下手依然没有思路

于是我又找到了几篇关于inp文件内容讲解的文章

→→→【手把手教你读abaqus的inp文件（以一个单元的inp文件为例）】

→→→【ABAQUS INP文件详解】

但是并没有找到通过修改inp文件实现定义局部坐标系运动的案例。

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○ 施加自转正确示范

然后我从下面的视频找到了答案

→→→【ABAQUS铣削dril自转和公转问题】
原来可以直接通过定义连接的运动实现复合运动

在创建边界条件里选择“连接速度”，区域选择铰连接的连线

然后发现这里只能选择沿铰连接x方向的转动运动

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△ 提交运行

效果如下

CompositeMotionDemo-job8

可以看到仿真结果实现了预期效果。

这个问题困扰了我好久，甚至我去问了B站专门做仿真的up主也没有得到满意的回答，我还捣鼓了好久的inp文件，没想到却是用这么简单的方法来解决。。。

不过呢。。。总算是学到了点东西吧。。。。