3.5 載荷模塊

環境欄中Module（模塊）欄選擇Load（載荷）功能模塊后，主菜單中的Load菜單及工具區中的Create Load（創建載荷）工具和Load Manager（載荷管理器）工具，分別用于載荷的創建和管理。

3.5.1 載荷

1．定義載荷

定義載荷（Load）時，在菜單欄中執行Load（載荷）→Create（創建）命令，或單擊左側工具區中的Create Load（創建載荷）工具，或雙擊左側模型樹中的Loads（載荷），彈出Create Load（創建載荷）對話框，如圖3-47所示。該對話框包括以下幾項。

（1）Name（名稱），在該欄內輸入載荷的名稱，默認為Load-n（n為第n個創建的載荷）。

（2）Step（分析步），該列表用于選擇創建載荷的分析步。

（3）Category（種類），用于選擇所選分析步的加載種類，包括Mechanical（力學）、Thermal （熱學）、Acoustic（聲學）、Fluid（流體）、Electrical/Magnetic（電學/磁學）、Mass diffusion（質量擴散）、Other（其他）。對于不同的分析步，可以施加不同的載荷種類。

（4）Types for Selected Step，用于選擇載荷的類型，是Category（種類）的二級選項。

Mechanical（力學）：包括Concentrated force（集中力）、Moment（彎矩）、Pressure（壓強）、Shell edge load（殼的邊載荷）、Surface traction（表面載荷）、Pipe pressure（管道壓力）、Body force （體力）、Line load（線載荷）、Gravity（重力）、Bolt load（螺栓載荷）、Generalized plane strain （廣義平面應變）、Rotational body force（旋轉體力）、Coriolis force（科氏力）、Connector force （連接作用力）、Connector moment（連接彎矩）、Substructure load（子結構載荷）、Inertia relief （慣性釋放）。

Thermal（熱學）：包括Surface heat flux（表面熱通量）、Body heat flux（體熱通量）、Concentrated heat flux（集中熱通量）。

Acoustic（聲學）：可設置Inward volume acceleration（聲媒介邊界上點或節點的容積加速度）。

Fluid（流體）包括Concentrated pore fluid（點或節點上的集中孔隙流速）、Surface porefluid （垂直于表面的孔隙流速）。

Electrical/Magnetic（電學/磁學）：包括壓電分析中的Concentrated charge（集中電荷）、Surface charge（表面電荷）、Body charge（體電荷）。

2．集中力

如圖3-47所示，選擇Concentrated force（集中力）之后，單擊Continue…按鈕，選擇施加集中力的幾何實體上的參考點、頂點或網格實體上的節點，單擊提示區的Done按鈕，彈出Edit Load（編輯載荷）對話框，如圖3-48所示。該對話框包括以下幾項。

（1）CSYS（坐標系）：用于選擇載荷對應的坐標系，默認為整體坐標系（Global）。單擊按鈕，選擇局部坐標系。

（2）CF1、CF2、CF3：分別為力在3個方向上的分量。與坐標軸正方向同向的力為正值，反之為負，不輸入值則默認為0。

（3）Follow nodal rotation（跟隨節點旋轉）：用于選擇集中力是否隨著節點的旋轉而改變。在小變形分析中可以不作選擇，認為力的方向不隨模型變形方向的改變而改變；而在大變形分析中應該選擇該項。

（4）Amplitude（幅值）：用于選擇載荷隨時間/頻率變化的規律。

① 對于靜力學問題，默認的是Ramp，為由0線性增長到給定值。

② 對于動力學問題，默認的是Instantaneous，為瞬時加載。

若已通過在菜單欄執行Tools（工具）→Amplitude（幅值）→Create（創建）命令定義了幅值，則可以在該列表內進行選擇。

若沒有定義幅值，可以單擊按鈕定義隨時間變化的加載方式，如Equally spaced（按等時間/頻率間距變化的載荷）、Tabular（由表格給定的載荷與時間/頻率的關系）和Periodic（周期變化的載荷）等。

輸入集中力對應的坐標系3個方向上的分量的值或設置隨時間變化的載荷后，單擊OK按鈕，完成集中力的施加。加載在幾何頂點或參考點上的集中力會自動轉換為加載在相應節點上的集中力。

3．彎矩

如圖3-47所示，在選擇Moment之后，單擊Continue…按鈕，選擇施加力矩的幾何實體上的參考點、頂點或網格實體上的節點，單擊Done按鈕，彈出Edit Load（編輯載荷）對話框，如圖3-49所示。該對話框包括以下幾項。

（1）CSYS（坐標系）：用于選擇載荷對應的坐標系，與施加集中力時的設置方法下相同。

（2）CM1、CM2、CM3：分別為繞3個坐標軸的力矩，力矩的正負遵守右手法則。

（3）Amplitude（幅值）：用于選擇載荷隨時間/頻率變化的規律，與施加集中力時的設置方法相同。

（4）Follow nodal rotation（跟隨節點旋轉）：用于選擇集中力是否隨著節點的旋轉而改變，與施加集中力時相同。

4．壓強

如圖3-47所示，在選擇Pressure（壓強）之后，單擊Continue…按鈕，選擇施加壓力的幾何實體的表面，載荷的方向與選擇的面垂直，單擊提示區的Done按鈕，彈出Edit Load（編輯載荷）對話框，如圖3-50所示。

首先需要在Distribution（分布）列表中選擇壓力的分布方式，每種分布方式都有各自的設置選項，分別介紹如下。

（1）Uniform（一致），施加均勻分布的壓力。

① Magnitude（大小）：輸入壓力值，正值為壓力，負值為拉力。

② Amplitude（幅值）：該列表用于選擇載荷隨時間/頻率變化的規律，與施加集中力時的設置方法相同，不再贅述。

（2）Hydrostatic（靜水壓力），僅適用于ABAQUS/Standard。

① Magnitude（大小）：輸入壓力值。

② Amplitude（幅值）：用于選擇載荷隨時間/頻率變化的規律。

③ Zero pressure height（零壓強高度）：用于輸入零壓力處的高度。

④ Reference pressure height（參考壓力高度）：用于輸入參考壓力值（Magnitude欄內設定的壓力值）的高度。對于三維模型以Z軸方向（坐標軸3方向）為靜水壓力隨高度變化方向；二維模型以Y軸方向（坐標軸2方向）為靜水壓力隨高度變化方向。

（3）User-defined（用戶定義），使用用戶子程序DLOAD（ABAQUS/Standard）或VDLOAD （ABAQUS/Explicit）定義壓力。

Magnitude（大小）：如果需要可以在該欄輸入壓力值。在ABAQUS/Standard分析中，該值被輸入用戶子程序DLOAD；在ABAQUS/Explicit分析中，該值被忽略。

（4）Stagnation（滯止壓力），施加滯止壓力，僅適用于ABAQUS/Explicit。

① Magnitude（大小）：輸入壓力值。

② Amplitude（幅值）：用于選擇載荷隨時間/頻率變化的規律。

③ Determine relative velocity from reference point（從參考點確定相對速度）：該選項用于選擇是否將施加壓力的面的速度減去參考點的速度。默認為不選擇該選項；若用戶選擇該選項，需要單擊Edit…按鈕選擇幾何模型的頂點、參考點或網格模型的節點作為參考點。

（5）Viscous，施加黏性壓力，僅適用于ABAQUS/Explicit，其設置方法同滯止壓力。

（6）:Create Analytical Field（創建解析場）按鈕，該按鈕用于創建分析場的表達式，創建后該分析場被列入Distribution（分布）列表中，可選擇壓力按此表達式分布。

如果事先通過執行菜單欄的Tools（工具）→Analytical Field（解析場）→Create（創建）命令定義了分析場，那么可以直接在Distribution（分布）列表內進行選擇。

完成載荷的設置后，單擊工具區的Load Manager（載荷管理器）工具，可見載荷管理器內列出了已創建的載荷，如圖3-51所示。

3.5.2 邊界條件

主菜單中的BC（邊界條件）菜單及工具區中的Create Boundary Condition（創建邊界條件）工具和Boundary Condition Manager（邊界條件管理器）工具，分別用于邊界條件的創建和管理。

1．創建邊界條件

定義邊界條件時，可以執行菜單欄中的BC（邊界條件）→Create（創建）命令，或者單擊左側工具區中的工具，還可以雙擊左側模型樹中的BCs（邊界條件），彈出Create Boundary Condition（創建邊界條件）對話框，如圖3-52所示。

（1）Name（名稱），在該欄內輸入邊界條件的名稱，默認為BC-n（n為第n個創建的邊界條件）。

（2）Step（分析步），在該列表內選擇用于創建邊界條件的步驟，包括初始步和分析步。

（3）Category（種類），用于選擇適用于所選步驟的邊界條件種類，包括Mechanical（力學）、Fluid（流體）、Electrical/Magnetic（電學/磁學）和Other（其他）。（4）Types for Selected Step，用于選擇邊界條件的類型，是Category的下一級選項。對于不同的分析步，可以施加不同的邊界條件類型。

Mechanical（力學）：包括Symmetry/Antisymmetry/Encastre（對稱/反對稱/完全固定）、Displacement/Rotation（位移/旋轉）、Acceleration/Angular acceleration（加速度/角加速度）、Velocity/Angular velocity（速度/角速度）、Connector displacement（連接位移）、Connector velocity（連接速度）、Connector acceleration（連接加速度）。

Electrical/Magnetic（電學/磁學）：Electric potential（電勢）。

Other：包括Temperature（溫度）、Pore pressure（孔隙壓力）、Fluid cavity pressure（流體氣蝕區壓力）、Mass concentration（質量濃度）、Acoustic pressure（聲壓）、Connector material flow（連接物質流動）。

2．編輯對稱/反對稱/完全固定邊界條件

如圖3-52所示，選擇Symmetry/Antisymmetry/Encastre（對稱/反對稱/完全固定）后，單擊Continue…按鈕，選擇施加該邊界條件的點、線、面、單元，單擊提示區的Done按鈕，彈出Edit Boundary Condition（編輯邊界條件）對話框，如圖3-53所示。該對話框包括以下8種單選的邊界條件。

（1）XSYMM：關于與X軸（坐標軸1）垂直的平面對稱（Ul=UR2=UR3=0）。

（2）YSYMM：關于與Y軸（坐標軸2）垂直的平面對稱（U2=UR1=UR3=0）。

（3）ZSYMM：關于與Z軸（坐標軸3）垂直的平面對稱（U3=UR1=UR2=0）。

（4）PINNED：約束3個平移自由度，即鉸支約束（U1=U2=U3=0）。

（5）ENCASTRE：約束6個自由度，即固支約束（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）。

（6）XASYMM：關于與X軸（坐標軸1）垂直的平面反對稱（U2=U3=UR1=0），僅適用于ABAQUS/Standard。

（7）YASYMM：關于與Y軸（坐標軸2）垂直的平面反對稱（Ul=U3=UR2=0），僅適用于ABAQUS/Standard。

（8）ZASYMM：關于與Z軸（坐標軸3）垂直的平面反對稱（Ul=U2=UR3=0），僅適用于ABAQUS/Standard。

對于結構、載荷和邊界條件對稱的情況（包括正對稱或反對稱），可以建立對稱面一側的模型進行計算，并對該對稱面施加正對稱或反對稱邊界條件。如對稱面與坐標軸1垂直的正對稱結構，選擇XSYMM。

3．編輯位移/旋轉邊界條件

如圖3-52所示，選擇Displacement/Rotation（位移/旋轉）后，單擊Continue…按鈕，選擇施加該邊界條件的點、線、面，單擊提示區的Done按鈕，彈出Edit Boundary Condition（編輯邊界條件）對話框，如圖3-54所示。

（1）CSYS，用于選擇坐標系，默認為整體坐標系。單擊按鈕，可以選擇局部坐標系。

（2）Ul、U2、U3用于指定3個方向的位移邊界條件，UR1、UR2、UR3用于指定3個方向的旋轉邊界條件（指定轉角值為弧度）。

完成邊界條件的設置后，單擊工具區的Boundary Condition Manager（邊界條件管理器）工具，可見邊界條件管理器內列出了已創建的邊界條件。

3.5.3 預定義場的設置

主菜單中的Predefined Field（預定義場）菜單及工具區的Create Predefined Field（創建預定義場）工具和Predefined Field Manager（預定義場管理器）工具，用于預定義場的創建和管理。

執行菜單欄中的Predefined Field（預定義場）→Create（創建）命令，或單擊左側工具區中的工具，還可以雙擊左側模型樹中的Predefined Field（預定義場），彈出Create Predefined Field （創建預定義場）對話框，如圖3-55所示。該對話框與Create Load對話框類似，包括以下幾項。

（1）Name（名稱），在該欄內輸入預定義場的名稱，默認為Predefined Field-n（n表示第n個創建的預定義場）。

（2）Step（分析步），在該下拉列表內選擇用于創建預定義場的步驟，包括初始步和分析步。

（3）Category（種類），該選項用于選擇適用于所選步驟的預定義場的種類，包括Mechanical （力學）和Other（其他）。

（4）Types for Selected Step（可用于所選分析步的類型），該列表用于選擇預定義場的類型，是Category的二級選項。

① Mechanical（力學），在初始步中設置Velocity（速度）。單擊Continue..．按鈕，選擇施加該邊界條件的點、線、面、單元，單擊提示區的Done按鈕，彈出Edit Predefined Field（編輯預定義場）對話框，如圖3-56所示。該對話框包括以下幾項。

a. Definition（定義），用于選擇初始速度的定義方式。

Translational only（僅平移）：用于定義初始平移速度。

Rotational only（僅旋轉）：用于定義初始旋轉速度。

Translational& rotational（平移或旋轉）：用于定義初始平移速度和初始旋轉速度。

b. V1，該欄用于輸入坐標軸1方向（整體坐標系X軸）的平移速度。當在Definition中選擇Rotational only時，該選項不被激活。

c. V2，該欄用于輸入坐標軸2方向（整體坐標系Y軸）的平移速度。當在Definition中選擇Rotational only時，該選項不被激活。

d. V3，該欄用于輸入坐標軸3方向（整體坐標系Z軸）的平移速度。當在Definition中選擇Rotational only時，該選項不被激活。

e. Angular velocity（角速度），該欄用于輸入角速度。當在Definition中選擇Translational only時，該選項不被激活。

f. Axis point 1/Axis point 2（軸上的點1/軸上的點2），該欄用于輸入旋轉軸第1/2點的坐標。當在Definition（定義）中選擇Translational only時（僅平移），該選項不被激活。對于二維模型，在Axis point（軸上的點）欄內輸入指定點的坐標，為該點繞Z軸正方向的旋轉；對于軸對稱模型，在Axis radius（軸半徑）欄內輸入半徑，為繞Z軸正方向以該指定半徑旋轉。

② Other，包括Temperature（溫度）和Initial State（初始狀態）等，其中Initial State（初始狀態）僅適用于初始步，輸入以前的分析得到的已發生變形的網格和相關的材料狀態作為初始狀態場。

完成預定義場的設置后，單擊工具區的Predefined Field Manager（預定義場管理器）工具，可見預定義場管理器內列出了已創建的預定義場。該管理器的用法與載荷管理器、邊界條件管理器類似。

3.5.4 定義載荷工況

主菜單中的Load Case（載荷工況）菜單及左側工具區的Create Load Case（創建工況）工具和Load Case Manager（工況管理器）工具，用于工況的創建和管理。

工況是一系列組合在一起的載荷和邊界條件（可以指定非零的比例系數對載荷和邊界條件進行縮放），線性疊加結構對它們的響應，僅適用于直接求解的穩態動力學線性攝動分析步（Steady-state dynamic, Direct）和靜態線性攝動分析步（Static, Linear perturbation），包含工況的分析步，僅支持場變量輸出。

定義工況時，執行菜單欄的Load Case（載荷工況）→Create（創建）命令，或單擊左側工具區的Create Load Case（創建工況）工具，彈出Create Load Case（創建載荷工況）對話框，如圖3-57所示，該對話框包括以下幾項。

Name（名稱）：在該欄內輸入工況名稱，默認為Load Case-n（n為第n個創建的工況）。

Step（分析步）：在該列表內選擇用于創建工況的分析步。

單擊Continue…按鈕，彈出Edit Load Case（編輯載荷工況）對話框，如圖3-58所示，該對話框包括以下幾項。

（1）Loads（載荷）：用于選擇該工況下的載荷。可以在表格內輸入載荷名稱和非零的比例系數（可以為負數），勾選Highlight selections in viewport（在視口中高亮顯示所選對象）復選框；也可以單擊Add…（添加）按鈕，在Load Selection（負載選擇）對話框中進行載荷的選擇。單擊Delete Rows（刪除行）按鈕，刪除已添加的載荷。

（2）Boundary Conditions（邊界條件）：用于選擇該工況下的邊界條件。邊界條件的設置與載荷的設置相同。默認選擇的In addition to selections bellow, use all boundary conditions propagated or modified from the base state，表示除了表中選擇的邊界條件外，該工況還包含所有傳播到該分析步的邊界條件（在該分析步下顯示propagated或modified）。

完成工況的設置后，單擊工具區Load Case Manager（工況管理器）工具，可見工況管理器內列出了該分析步內已創建的工況。