ABAQUS旋转周期对称边界条件的设置

ABAQUS旋转周期对称边界条件的设置

旋转周期对称设置包括：旋转周期对称设置，外加主面上的对称面约束，两者一起构成旋转对称的边界条件。下面所述的两种方法是仅针对旋转周期对称的设置。

两种方法：

1）修改inp文件：

找到*End Assembly，将之替换为

*TIE,CYCLIC SYMMETRY,NAME=TIE-CYCLIC

Surf-Cylic-SLAVE,Surf-Cylic-MASTER

**

*End Assembly

**

*CYCLIC SYMMETRY MODEL,N=60

0,0,0,0,0,1

---------------------------

上面设置中包括：主面的设置，从面的设置，模型周期的数目，以及旋转轴。因此需要建立这两个面的集合：Surf-Cylic-MASTER，Surf-Cylic-SLAVE。N=60表示有60个。0,0,0为旋转轴的起点，0,0,1为旋转轴的终点。

2）直接在前处理cae中设置

首先，建立主面和从面的集合，便于选取；

其次，为旋转轴的起点和终点建立参考点（RP），旋转轴一定要设在整个模型的旋转中心上；参考点可通过输入坐标的方式建立。注意：其他方式建立点都不可行，以下详述。

最后，输入周期的数目，本模型为整体模型的多少分之一，即输入倒数即可。

以上步骤参见下图。

【旋转轴起点和终点的建立】

1）除参考点以外其他的建点的方式不行，比如建立datum point，无法在viewport中直接选中，同样建立集合时也选不中datum point。

2）使用attachment point建立的点虽然可以直接在viewport中选中，建立集合时也可选中，但无法写入inp文件，当write inp 文件时就造成cae崩溃直接退出软件！

总之，旋转轴的设置，直接在前处理cae界面中设置，不如直接在inp文件中修改方便！因为修改inp旋转轴只要直接给定起点和终点坐标就OK，省去先建立RP点的步骤。

【主面上设置对称面】

在边界条件中选对称面设置即可。先要建立一个柱坐标系为好。将柱坐标系的Z轴建在旋转中心上，R轴在模型两对称侧面的平分线上，T轴即自动建好为切线方向。对称边界设置时，选取之前建立的主面，方向为U2=UR1=UR3=0，此即为T轴为对称面的法线方向。

【补充说明】

对于一个具体的部件，除上述约束外，根据实际情况还需加上其他约束条件避免存在任何刚体位移的出现。如Z向（轴向）上避免刚体位移，径向上避免刚体位移。

下文算例中的详情看文末的总结。

图1 仅设置旋转周期对称而不对主面设置对称面（放大倍数10倍）

变形前与变形后的位置

图2 设置旋转周期对称而并对主面设置对称面（放大倍数100倍）

变形前与变形后的位置

（该算例结果为上文中所述的全部约束条件下得到的）

其他边界条件讨论

1）Z方向位移无约束（其他约束包括：主面上对称面设置，旋转内壁径向约束）

图3 不对中间xoy对称面上的点进行Z方向约束

2）Z方向有位移约束（其他约束包括：主面上对称面设置，旋转内壁径向约束）

图4 对中间xoy对称面上的点进行Z方向约束

图3和图4对比结果表明：Z方向是否约束对应力结果无影响，主要问题是部件整体上存在刚体位移，图3有Z向位移，图4无z向位移，但图3计算结果与图2和图4相同。

3）旋转内壁无径向位移约束（其他约束都有）

图5 旋转内壁无径向约束（图中左端面无径向位移约束）

图5结果表明：变形前后的比较，整体存在刚体位移，在离心力的作用下，部件往外侧平移了。并且应力结果受到影响，变形也受到影响，旋转内壁变成凹面状。应力分布有所改变。因此径向约束没有而成为自由状态，不仅仅是径向上存在刚体位移的后果，还会引起计算结果的根本改变！

4）旋转内壁无径向位移约束且Z向也无位移约束（其他约束都有）

图6 旋转内壁无径向约束且Z向无位移约束

比3）中少了一个Z向位移约束，其余相同

图6结果表明，整体在径向上有很大的刚体位移的同时，在Z向有较小的刚体位移。同3）中所述，此时的应力分布和变形分布因径向上无约束而发生改变！

总结：

问题：在本文举例中，部件为旋转周期对称结构（1/60），匀速转动（2100 rad/S）受到离心力的作用下，求其应力应变。

边界条件：

①旋转周期对称约束--interaction中设置或inp中设置；

②在上一步中的主面上设置对称面--在boundary condition中设置（U2=UR1=UR3=0）；

③约束Z向位移--在boundary condition中设置U3=0;

④约束径向位移--在boundary condition中设置U1=0（柱坐标系下即R方向位移为0）

由于边界条件设置需要在同一坐标系下，否则提示无法创建job，那么上述②③④都在柱坐标系下进行设置即可。

上述边界条件中，如果不设②则计算结果为周向上发生了转动；如不设③则在Z向上存在较小刚体位移，不影响应力应变分布；如不设④则在径向上存在较大刚体位移，且影响到应力应变的分布！

仅从旋转周期对称的边界条件看，①和②就已经实现了，但③和④是会影响刚体位移的，④不仅仅是影响刚体位移，还会引起应力应变等的结果根本不同。因此，上述计算结果揭示并明晰了①②③④这4个设置各起什么作用，及各自对结果带来何种影响。

图7 将旋转对称结构在后处理中显示为整体结构