汇总：ABAQUS中有梁单元方向问题

kalvens · 发表于 2011-5-11 18:08:55

本帖最后由 JingheSu 于 2011-5-12 08:48 编辑

最近s309010014兄发帖子问关于abaqus壳单元的一些基本的东西，本来想让他在论坛中搜索一下，结果我搜索了半天才发现关于梁单元方向的定义这个问题讨论的倒是很多，但是都没有一个很明确的答案，看了一下书上写的，不太容易理解，帖子从2004年一直争论到世界末日了还没有一个终结，小弟不才，在abaqus壳单元前处理这个地方做了很长时间有一点心得，今天来总结一下关于梁单元方向这个问题，如有不对，欢迎大家及时指正。
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其实定义梁单元横截面的方向非常的简单

不论是哪本ABAQUS基本入门的书中一般都会提到说，在整体坐标空间中定义梁横截面的方向，沿梁单元的局部切线矢量t，局部梁截面轴用矢量n1和n2来表示，t，n1和n2三个矢量构成了符合右手法则的局部坐标系（如下图）

首先呢我们确定这三个矢量构成的局部坐标跟模型的整体坐标系(右上角的罗盘)是一致的，梁截面一共有三个矢量，梁的截面肯定是垂直于切线矢量t的，也就是说我们不用管矢量t，它默认是沿着梁长度方向，我们只需要确定矢量n1和n2就可以了。

点击assign beam orientation命令，它会如下提示

（0.0 ， 0.0， 0.0）这三个0.0分别代表了X,Y,Z三个方向
我们看到它让我们输入矢量n1的方向，那矢量n1的方向如何确定，矢量n1就是横截面中的1，它已经指示出来了（下图）横截面中的1就是局部坐标中的橙色的1.

例，下边的板上有一根梁，我给它附上T型材的属性，矢量t就是梁的长度方向也就是总坐标中的Y方向，横截面中的1（下图中红色标注）在总坐标系中为X方向，因此在输入n1方向的框里输入(1, 0.0, 0.0)

总结：定义梁截面非常的简单，梁截面为2D, 首先确定横截面在整体坐标系中的那个平面内，一共就三个XY, YZ, XZ, 然后然后就看横截面的1跟平面内那个轴的方向一致，就是梁的方向，如果要反向在板的另一边，只需要在输入的1前边加一个“-”号就可以了

如果谁有不同的见解欢迎提出来共同探讨

JingheSu · 发表于 2011-5-11 19:30:19

本帖最后由 JingheSu 于 2013-4-26 15:48 编辑

借宝地把我自己零星翻译的几个有关梁单元方向以及总结的梁单元embedded的东西列一下。
beam orientation相关：
如何定义：
abaqus建beam单元截面方向困惑
http://forum.simwe.com/thread-978774-1-1.html
如何理解：
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=963341&highlight=beam%2B%B7%BD%CF%F2
共节点处梁单元方向定义的影响：
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=965056&highlight=beam%2B%B7%BD%CF%F2
梁单元embedded收敛问题
http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=965475&page=1#pid2277156

kalvens · 发表于 2013-1-29 13:31:54

szx_409653575 发表于 2012-11-1 22:45
不好意思！我是一个初学者，请问py是什么意思呢？

py呢就是python语言编写的处理程序
abaqus的语言就是abaqus，我们可以再file——new work directory的路径中找到abaqus操作的*.rpy文件
我们可以对它进行处理以后，将后缀改为py，然后再abaqus中file——run script中导入运行

kalvens · 发表于 2011-6-2 16:53:08

J版的回答我没有试过，一会去试过了才知道

而且如果模型很大，B31太多了那这样改根本就不现实

其实当我们赋完属性写出INP以后，它的方向就跟在所赋的属性后边
我们将梁单元建成了set，然后给它赋的属性在INP里能查到

T型材的属性如下

我们能看到第一行**代表注释，因此我们不用理会这一行，起提示作用
*Beam Section 这个命令行开头告诉我们给BEAM赋属性
elset就是我们建的梁的set，material是材质，temperature如果没有设置就是默认
section截面选取的T截面。
下一行的7个数字就是section中的信息

那最后一行的三个数（1,0,0）就是梁的方向
具体定义的方法在10#中我已经给出，就不重复了

上边就是解读INP中的梁单元的信息

至于其他类型的截面在INP中修改的方法都一样
在你赋的属性下边都有（0,0,0）这组数，更改方法都一样

shanhuimin923 · 发表于 2011-5-11 19:29:43

本帖最后由 shanhuimin923 于 2011-5-12 09:19 编辑

LZ很热心，赞一个。

有一点小疑惑是：标题有点发懵。。。。应该和壳单元没有关系的，再者，主要是梁单元Beam来确定单元方向，一般壳单元只要知道是内表面还是外表面足矣了。

俺也跟着说两句：

关于梁单元的方向，很多人纳闷，问啥Abaqus里梁单元Beam要定义方向，后来接触了ansys才知道，不光咱的abaqus需要定义，在ansys里面也必须定义Beam单元方向，只是两者定义的方式不同吧了。
其实，梁单元Beam方向没有什么困难的，有点力学或者工程基础，或者接触过型钢的朋友会留意到型钢等截面，特别是单轴对称截面，一般会有两个主轴方向（强轴和弱轴），例如LZ帖子里的T型截面，以及不等边角钢，上下翼缘不相等的工字型钢，因为两个主轴方向的截面惯性矩和回转半径会有很大的差别，因此，在建立模型的时候，需要指出哪个方向是截面的强轴方向，哪个是弱轴方向。H型刚，矩形等双轴对称截面的强弱轴方向也如此。
abaqus里一般默认n1方向即为截面强轴方向，n2即为弱轴方向。

对于圆形，环形和方形截面等两个主轴方向截面属性没有差别的，就不用特意留意，直接采取abaqus默认的梁截面方向就OK了。

以上是自己根据平时建模时的一些新得体会，可能会有些纰漏，希望对大家有些帮助，从理论上知道怎么回事了，以后再定义梁截面方向时，我想就不会那么苦恼了。

对于

我想从原理上明白了,在定义梁截面方向时就不会有那么多的困惑了。

zsq-w · 发表于 2011-5-11 18:23:48

图文并茂，讲解清晰，一看就豁然开朗。赞一个

今天在《建设家园版》有人说高手不愿意指点新手，呵呵，看来1是遇人不淑喽~。

kalvens · 发表于 2011-5-12 08:50:44

非常感谢S版的提醒，恩，确实标题有点小错误了，主要因为我一般用不到单独的梁结构，用到梁的时候都在壳单元中，因此我标题才会标注壳单元中确定梁的方向。 S版理论方面讲解的好，赞一个！
看了一下J版总结的一些东西，都是偏理论一些，相对实际操作的部分比较少，其实J版说的空间梁多而且杂乱也很好解决，我现在做的东西比较大，单单梁的set都在600个以上，而且方向杂乱，如果单靠我自己来一个一个来assign beam orientation那我得累死。
其实解决方法很简单，写一个PY就解决了，

在creat set的时候，将梁的方向定义在set的名字中，因为只有六个方向，
(X,Y,Z,-X,-Y,-Z),让PY直接读取第二个“-”之后的就是方向就可以了

JingheSu · 发表于 2011-5-12 09:18:47

5# kalvens
我那个比较悲剧的是不同方向的set得定义1000+个，太繁琐了。我后来用的是指定额外节点的方法，还能好一点。

Hansha · 发表于 2011-5-12 09:52:14

学习了。

不介意的话，指出一个小误：“（0.0 ， 0.0， 0.0）这三个0.0分别代表了X,Y,Z三个方向”，这句话欠妥。三个零的话，还是原点，没有方向。其实这句话上面的图中，并不是三个零，而是0.0,0.0,-1.0.

kyle_xia · 发表于 2011-5-12 10:39:12

感谢楼主，这个问题也很困扰我

kyle_xia · 发表于 2011-5-12 10:46:16

请教楼主，角钢截面的梁，我采用了第三点定义方向，但提交inp后发现，所有梁的n1都采用了默认的（0,0，-1），而非我定义的方向。这可能是什么原因？感谢解答。

kalvens · 发表于 2011-5-12 11:13:02

本帖最后由 kalvens 于 2011-5-12 11:17 编辑

7#hansha 你可能对我说的这个地方理解的有一点点的误解，我可能没讲的很清楚
我说的“（0.0 ， 0.0， 0.0）这三个0.0分别代表了X,Y,Z三个方向”
意思呢是说这三组（0,0）的位置对应（X,Y,Z）这三个方向，也就是说
如果我确定了强轴1的方向，那就修改对应位置上的（0,0），X对应第一组
Y对应了第二组，Z对应第三组
例如：
如果强轴1的方向为X，就输入（1，  0.0， 0.0）
如果强轴1的方向为Y，就输入（0.0，  1， 0.0）
如果强轴1的方向为Z，就输入（0.0，  0.0， 1）

s309010014 · 发表于 2011-5-13 09:29:08

6# JingheSu
指定额外节点是不是和ansys那样定义一个无限远点，然后梁的腹板朝向该点？abaqus也有这个功能？怎么实现？

JingheSu · 发表于 2011-5-13 09:59:12

11# s309010014

这个只能手动编辑INP梁单元定义式，多写一个点（梁单元定义只需两个点，第三个提供梁的n1方向信息）
If an additional node is specified, the approximate direction of

is defined by the vector extending from the first node of the element to the additional node.

Hansha · 发表于 2011-5-13 10:10:03

10# kalvens

同意，谢谢。

s309010014 · 发表于 2011-5-17 10:51:16

3# shanhuimin923
请问，在abaqus中角钢可以偏置吗？默认角钢的中心点在拐角处，这和正常不符合啊

kalvens · 发表于 2011-5-17 11:02:40

14# s309010014

http://forum.simwe.com/viewthread.php?tid=983284&page=2#pid2413158
你可以参考这个帖子，其实是不可以偏移的，在角钢的横截面中没有偏移这个选项

响马0726 · 发表于 2011-5-22 10:47:34

楼主好样的

CryoAlpema · 发表于 2011-5-24 02:24:47

目前常用的几个软件中，设置截面主方向的方法有两种，
第一种方法是输入欧拉角；比如SAP2000和MIDAS采用的是这种方法。
第二种方法是输入方向点。比如ANSYS和ABAQUS采用了这种方法。
不过ANSYS和ABAQUS输入的方向点还不大一样，ANSYS输入的点在截面主轴上，而ABAQUS则是在截面次轴上。所以对不同软件要好好研究一下其使用说明，搞清楚后再使用

zb580504 · 发表于 2011-5-31 22:17:27

5# kalvens
版主能否详细介绍下修改inp文件的定义梁截面方向的方法呢？谢谢！

JingheSu · 发表于 2011-5-31 23:08:30

18# zb580504

INP文件中作如下修改（多加一个节点）：
*Element, type=B31
elementsNumber，node1，node2，additional node
additional node和node1给出v方向（其实我理解就是n1的近似方向），实际的n2为tXv，而实际的n1为n2Xt

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