3.5 载荷模块

环境栏中Module（模块）栏选择Load（载荷）功能模块后，主菜单中的Load菜单及工具区中的Create Load（创建载荷）工具和Load Manager（载荷管理器）工具，分别用于载荷的创建和管理。

3.5.1 载荷

1．定义载荷

定义载荷（Load）时，在菜单栏中执行Load（载荷）→Create（创建）命令，或单击左侧工具区中的Create Load（创建载荷）工具，或双击左侧模型树中的Loads（载荷），弹出Create Load（创建载荷）对话框，如图3-47所示。该对话框包括以下几项。

（1）Name（名称），在该栏内输入载荷的名称，默认为Load-n（n为第n个创建的载荷）。

（2）Step（分析步），该列表用于选择创建载荷的分析步。

（3）Category（种类），用于选择所选分析步的加载种类，包括Mechanical（力学）、Thermal （热学）、Acoustic（声学）、Fluid（流体）、Electrical/Magnetic（电学/磁学）、Mass diffusion（质量扩散）、Other（其他）。对于不同的分析步，可以施加不同的载荷种类。

（4）Types for Selected Step，用于选择载荷的类型，是Category（种类）的二级选项。

Mechanical（力学）：包括Concentrated force（集中力）、Moment（弯矩）、Pressure（压强）、Shell edge load（壳的边载荷）、Surface traction（表面载荷）、Pipe pressure（管道压力）、Body force （体力）、Line load（线载荷）、Gravity（重力）、Bolt load（螺栓载荷）、Generalized plane strain （广义平面应变）、Rotational body force（旋转体力）、Coriolis force（科氏力）、Connector force （连接作用力）、Connector moment（连接弯矩）、Substructure load（子结构载荷）、Inertia relief （惯性释放）。

Thermal（热学）：包括Surface heat flux（表面热通量）、Body heat flux（体热通量）、Concentrated heat flux（集中热通量）。

Acoustic（声学）：可设置Inward volume acceleration（声媒介边界上点或节点的容积加速度）。

Fluid（流体）包括Concentrated pore fluid（点或节点上的集中孔隙流速）、Surface porefluid （垂直于表面的孔隙流速）。

Electrical/Magnetic（电学/磁学）：包括压电分析中的Concentrated charge（集中电荷）、Surface charge（表面电荷）、Body charge（体电荷）。

2．集中力

如图3-47所示，选择Concentrated force（集中力）之后，单击Continue…按钮，选择施加集中力的几何实体上的参考点、顶点或网格实体上的节点，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Load（编辑载荷）对话框，如图3-48所示。该对话框包括以下几项。

（1）CSYS（坐标系）：用于选择载荷对应的坐标系，默认为整体坐标系（Global）。单击按钮，选择局部坐标系。

（2）CF1、CF2、CF3：分别为力在3个方向上的分量。与坐标轴正方向同向的力为正值，反之为负，不输入值则默认为0。

（3）Follow nodal rotation（跟随节点旋转）：用于选择集中力是否随着节点的旋转而改变。在小变形分析中可以不作选择，认为力的方向不随模型变形方向的改变而改变；而在大变形分析中应该选择该项。

（4）Amplitude（幅值）：用于选择载荷随时间/频率变化的规律。

① 对于静力学问题，默认的是Ramp，为由0线性增长到给定值。

② 对于动力学问题，默认的是Instantaneous，为瞬时加载。

若已通过在菜单栏执行Tools（工具）→Amplitude（幅值）→Create（创建）命令定义了幅值，则可以在该列表内进行选择。

若没有定义幅值，可以单击按钮定义随时间变化的加载方式，如Equally spaced（按等时间/频率间距变化的载荷）、Tabular（由表格给定的载荷与时间/频率的关系）和Periodic（周期变化的载荷）等。

输入集中力对应的坐标系3个方向上的分量的值或设置随时间变化的载荷后，单击OK按钮，完成集中力的施加。加载在几何顶点或参考点上的集中力会自动转换为加载在相应节点上的集中力。

3．弯矩

如图3-47所示，在选择Moment之后，单击Continue…按钮，选择施加力矩的几何实体上的参考点、顶点或网格实体上的节点，单击Done按钮，弹出Edit Load（编辑载荷）对话框，如图3-49所示。该对话框包括以下几项。

（1）CSYS（坐标系）：用于选择载荷对应的坐标系，与施加集中力时的设置方法下相同。

（2）CM1、CM2、CM3：分别为绕3个坐标轴的力矩，力矩的正负遵守右手法则。

（3）Amplitude（幅值）：用于选择载荷随时间/频率变化的规律，与施加集中力时的设置方法相同。

（4）Follow nodal rotation（跟随节点旋转）：用于选择集中力是否随着节点的旋转而改变，与施加集中力时相同。

4．压强

如图3-47所示，在选择Pressure（压强）之后，单击Continue…按钮，选择施加压力的几何实体的表面，载荷的方向与选择的面垂直，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Load（编辑载荷）对话框，如图3-50所示。

首先需要在Distribution（分布）列表中选择压力的分布方式，每种分布方式都有各自的设置选项，分别介绍如下。

（1）Uniform（一致），施加均匀分布的压力。

① Magnitude（大小）：输入压力值，正值为压力，负值为拉力。

② Amplitude（幅值）：该列表用于选择载荷随时间/频率变化的规律，与施加集中力时的设置方法相同，不再赘述。

（2）Hydrostatic（静水压力），仅适用于ABAQUS/Standard。

① Magnitude（大小）：输入压力值。

② Amplitude（幅值）：用于选择载荷随时间/频率变化的规律。

③ Zero pressure height（零压强高度）：用于输入零压力处的高度。

④ Reference pressure height（参考压力高度）：用于输入参考压力值（Magnitude栏内设定的压力值）的高度。对于三维模型以Z轴方向（坐标轴3方向）为静水压力随高度变化方向；二维模型以Y轴方向（坐标轴2方向）为静水压力随高度变化方向。

（3）User-defined（用户定义），使用用户子程序DLOAD（ABAQUS/Standard）或VDLOAD （ABAQUS/Explicit）定义压力。

Magnitude（大小）：如果需要可以在该栏输入压力值。在ABAQUS/Standard分析中，该值被输入用户子程序DLOAD；在ABAQUS/Explicit分析中，该值被忽略。

（4）Stagnation（滞止压力），施加滞止压力，仅适用于ABAQUS/Explicit。

① Magnitude（大小）：输入压力值。

② Amplitude（幅值）：用于选择载荷随时间/频率变化的规律。

③ Determine relative velocity from reference point（从参考点确定相对速度）：该选项用于选择是否将施加压力的面的速度减去参考点的速度。默认为不选择该选项；若用户选择该选项，需要单击Edit…按钮选择几何模型的顶点、参考点或网格模型的节点作为参考点。

（5）Viscous，施加黏性压力，仅适用于ABAQUS/Explicit，其设置方法同滞止压力。

（6）:Create Analytical Field（创建解析场）按钮，该按钮用于创建分析场的表达式，创建后该分析场被列入Distribution（分布）列表中，可选择压力按此表达式分布。

如果事先通过执行菜单栏的Tools（工具）→Analytical Field（解析场）→Create（创建）命令定义了分析场，那么可以直接在Distribution（分布）列表内进行选择。

完成载荷的设置后，单击工具区的Load Manager（载荷管理器）工具，可见载荷管理器内列出了已创建的载荷，如图3-51所示。

3.5.2 边界条件

主菜单中的BC（边界条件）菜单及工具区中的Create Boundary Condition（创建边界条件）工具和Boundary Condition Manager（边界条件管理器）工具，分别用于边界条件的创建和管理。

1．创建边界条件

定义边界条件时，可以执行菜单栏中的BC（边界条件）→Create（创建）命令，或者单击左侧工具区中的工具，还可以双击左侧模型树中的BCs（边界条件），弹出Create Boundary Condition（创建边界条件）对话框，如图3-52所示。

（1）Name（名称），在该栏内输入边界条件的名称，默认为BC-n（n为第n个创建的边界条件）。

（2）Step（分析步），在该列表内选择用于创建边界条件的步骤，包括初始步和分析步。

（3）Category（种类），用于选择适用于所选步骤的边界条件种类，包括Mechanical（力学）、Fluid（流体）、Electrical/Magnetic（电学/磁学）和Other（其他）。（4）Types for Selected Step，用于选择边界条件的类型，是Category的下一级选项。对于不同的分析步，可以施加不同的边界条件类型。

Mechanical（力学）：包括Symmetry/Antisymmetry/Encastre（对称/反对称/完全固定）、Displacement/Rotation（位移/旋转）、Acceleration/Angular acceleration（加速度/角加速度）、Velocity/Angular velocity（速度/角速度）、Connector displacement（连接位移）、Connector velocity（连接速度）、Connector acceleration（连接加速度）。

Electrical/Magnetic（电学/磁学）：Electric potential（电势）。

Other：包括Temperature（温度）、Pore pressure（孔隙压力）、Fluid cavity pressure（流体气蚀区压力）、Mass concentration（质量浓度）、Acoustic pressure（声压）、Connector material flow（连接物质流动）。

2．编辑对称/反对称/完全固定边界条件

如图3-52所示，选择Symmetry/Antisymmetry/Encastre（对称/反对称/完全固定）后，单击Continue…按钮，选择施加该边界条件的点、线、面、单元，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Boundary Condition（编辑边界条件）对话框，如图3-53所示。该对话框包括以下8种单选的边界条件。

（1）XSYMM：关于与X轴（坐标轴1）垂直的平面对称（Ul=UR2=UR3=0）。

（2）YSYMM：关于与Y轴（坐标轴2）垂直的平面对称（U2=UR1=UR3=0）。

（3）ZSYMM：关于与Z轴（坐标轴3）垂直的平面对称（U3=UR1=UR2=0）。

（4）PINNED：约束3个平移自由度，即铰支约束（U1=U2=U3=0）。

（5）ENCASTRE：约束6个自由度，即固支约束（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）。

（6）XASYMM：关于与X轴（坐标轴1）垂直的平面反对称（U2=U3=UR1=0），仅适用于ABAQUS/Standard。

（7）YASYMM：关于与Y轴（坐标轴2）垂直的平面反对称（Ul=U3=UR2=0），仅适用于ABAQUS/Standard。

（8）ZASYMM：关于与Z轴（坐标轴3）垂直的平面反对称（Ul=U2=UR3=0），仅适用于ABAQUS/Standard。

对于结构、载荷和边界条件对称的情况（包括正对称或反对称），可以建立对称面一侧的模型进行计算，并对该对称面施加正对称或反对称边界条件。如对称面与坐标轴1垂直的正对称结构，选择XSYMM。

3．编辑位移/旋转边界条件

如图3-52所示，选择Displacement/Rotation（位移/旋转）后，单击Continue…按钮，选择施加该边界条件的点、线、面，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Boundary Condition（编辑边界条件）对话框，如图3-54所示。

（1）CSYS，用于选择坐标系，默认为整体坐标系。单击按钮，可以选择局部坐标系。

（2）Ul、U2、U3用于指定3个方向的位移边界条件，UR1、UR2、UR3用于指定3个方向的旋转边界条件（指定转角值为弧度）。

完成边界条件的设置后，单击工具区的Boundary Condition Manager（边界条件管理器）工具，可见边界条件管理器内列出了已创建的边界条件。

3.5.3 预定义场的设置

主菜单中的Predefined Field（预定义场）菜单及工具区的Create Predefined Field（创建预定义场）工具和Predefined Field Manager（预定义场管理器）工具，用于预定义场的创建和管理。

执行菜单栏中的Predefined Field（预定义场）→Create（创建）命令，或单击左侧工具区中的工具，还可以双击左侧模型树中的Predefined Field（预定义场），弹出Create Predefined Field （创建预定义场）对话框，如图3-55所示。该对话框与Create Load对话框类似，包括以下几项。

（1）Name（名称），在该栏内输入预定义场的名称，默认为Predefined Field-n（n表示第n个创建的预定义场）。

（2）Step（分析步），在该下拉列表内选择用于创建预定义场的步骤，包括初始步和分析步。

（3）Category（种类），该选项用于选择适用于所选步骤的预定义场的种类，包括Mechanical （力学）和Other（其他）。

（4）Types for Selected Step（可用于所选分析步的类型），该列表用于选择预定义场的类型，是Category的二级选项。

① Mechanical（力学），在初始步中设置Velocity（速度）。单击Continue..．按钮，选择施加该边界条件的点、线、面、单元，单击提示区的Done按钮，弹出Edit Predefined Field（编辑预定义场）对话框，如图3-56所示。该对话框包括以下几项。

a. Definition（定义），用于选择初始速度的定义方式。

Translational only（仅平移）：用于定义初始平移速度。

Rotational only（仅旋转）：用于定义初始旋转速度。

Translational& rotational（平移或旋转）：用于定义初始平移速度和初始旋转速度。

b. V1，该栏用于输入坐标轴1方向（整体坐标系X轴）的平移速度。当在Definition中选择Rotational only时，该选项不被激活。

c. V2，该栏用于输入坐标轴2方向（整体坐标系Y轴）的平移速度。当在Definition中选择Rotational only时，该选项不被激活。

d. V3，该栏用于输入坐标轴3方向（整体坐标系Z轴）的平移速度。当在Definition中选择Rotational only时，该选项不被激活。

e. Angular velocity（角速度），该栏用于输入角速度。当在Definition中选择Translational only时，该选项不被激活。

f. Axis point 1/Axis point 2（轴上的点1/轴上的点2），该栏用于输入旋转轴第1/2点的坐标。当在Definition（定义）中选择Translational only时（仅平移），该选项不被激活。对于二维模型，在Axis point（轴上的点）栏内输入指定点的坐标，为该点绕Z轴正方向的旋转；对于轴对称模型，在Axis radius（轴半径）栏内输入半径，为绕Z轴正方向以该指定半径旋转。

② Other，包括Temperature（温度）和Initial State（初始状态）等，其中Initial State（初始状态）仅适用于初始步，输入以前的分析得到的已发生变形的网格和相关的材料状态作为初始状态场。

完成预定义场的设置后，单击工具区的Predefined Field Manager（预定义场管理器）工具，可见预定义场管理器内列出了已创建的预定义场。该管理器的用法与载荷管理器、边界条件管理器类似。

3.5.4 定义载荷工况

主菜单中的Load Case（载荷工况）菜单及左侧工具区的Create Load Case（创建工况）工具和Load Case Manager（工况管理器）工具，用于工况的创建和管理。

工况是一系列组合在一起的载荷和边界条件（可以指定非零的比例系数对载荷和边界条件进行缩放），线性叠加结构对它们的响应，仅适用于直接求解的稳态动力学线性摄动分析步（Steady-state dynamic, Direct）和静态线性摄动分析步（Static, Linear perturbation），包含工况的分析步，仅支持场变量输出。

定义工况时，执行菜单栏的Load Case（载荷工况）→Create（创建）命令，或单击左侧工具区的Create Load Case（创建工况）工具，弹出Create Load Case（创建载荷工况）对话框，如图3-57所示，该对话框包括以下几项。

Name（名称）：在该栏内输入工况名称，默认为Load Case-n（n为第n个创建的工况）。

Step（分析步）：在该列表内选择用于创建工况的分析步。

单击Continue…按钮，弹出Edit Load Case（编辑载荷工况）对话框，如图3-58所示，该对话框包括以下几项。

（1）Loads（载荷）：用于选择该工况下的载荷。可以在表格内输入载荷名称和非零的比例系数（可以为负数），勾选Highlight selections in viewport（在视口中高亮显示所选对象）复选框；也可以单击Add…（添加）按钮，在Load Selection（负载选择）对话框中进行载荷的选择。单击Delete Rows（删除行）按钮，删除已添加的载荷。

（2）Boundary Conditions（边界条件）：用于选择该工况下的边界条件。边界条件的设置与载荷的设置相同。默认选择的In addition to selections bellow, use all boundary conditions propagated or modified from the base state，表示除了表中选择的边界条件外，该工况还包含所有传播到该分析步的边界条件（在该分析步下显示propagated或modified）。

完成工况的设置后，单击工具区Load Case Manager（工况管理器）工具，可见工况管理器内列出了该分析步内已创建的工况。