abaqus-rebar-定义重要资料

2．2．3 定义加强筋 用途：

 在膜、壳和面单元中用于定义单项加强层。

 通过在主实体单元中插入面或者膜单元来添加加强层  在standard中可以采用beam单元来模拟离散的加强筋

 不能用于热传导分析和质点发散分析，但是可用于热力耦合分析中。在热力耦合分析中，加强筋单元没有热传导和比热特性。  可以拥有和其主单元不一样的特性。

定义REBAR LAYER 的4种方式：

1）*MEMBRANE SECTION, ELSET=memb_set_name 定义膜单元

*REBAR LAYER

2）*SHELL SECTION, ELSET=shell_set_name 定义壳单元

*REBAR LAYER

3）*SURFACE SECTION, ELSET=surf_set_name 定义面单元

*REBAR LAYER rebar layer name 定义加强层的名字 4）*EMBEDDED ELEMENT, HOST ELSET=solid_set_name 在实体单元中直接定义rebar

memb_set_name or surf_set_name

REBAR 的几何特性定义 1） 其定位总是参照局部坐标系

2） 其几何尺寸可以是常数，也可以是关于圆柱坐标系的径向位置函数，也可

以采用轮胎充气公式来定义。

但是等效的rebar厚度＝面积A/间距S。

3） 对于壳单元，必须定义rebar在壳厚度方向上与壳中面的距离。如果壳的

厚度通过节点厚度来定义，该距离将按系数（结点厚度/壳截面厚度）缩放；如果壳厚通过单元属性定义，该距离将按系数（单元属性定义厚度/壳截面厚度）缩放。

等间距REBAR的定义

*REBAR LAYER, GEOMETRY=CONSTANT

间距关于圆柱坐标系的径向位置函数的rebar的定义：

角度间距值也能用于非径向rebar和非零定位角的rebar。这些rebar中定位角不会发生改变。角度间距值只用于计算rebar之间的间距（＝S×rebar从旋转中心开始的径向半径）。如果这种rebar用于三维实体，必须定义局部坐标系。

*REBAR LAYER, GEOMETRY=ANGULAR

采用轮胎充气公式定义rebar

主要考虑轮胎充气前的rebar角度不同于充气后轮胎上rebar的角度，而充气前的角度可以精确得到。这种差异可以采用lift方式进行映射弥补。

其映射公式如下：

*REBAR LAYER, GEOMETRY=LIFT EQUATION

Rebar局部坐标系的定义

Rebar局部坐标系与含有rebar的材料的局部坐标系不相关。其角度定义总参照局部坐标系1轴。

采用充气公式计算的rebar的定位，不论是采用等角间距还是采用等距方式，都参照圆柱坐标系。对于三维实体单元必须定义局部坐标系。 用于三维实体单元的局部坐标系

可采用*ORIENTATION定义。如果不定义的话，将采用默认投影的局部坐标系。

右手法则定义旋转角度正向，从1轴指向2轴。如果壳、膜或面单元弯曲，其局部坐标系1轴也在通过单元的方向上发生变化，其初始定位角度也变化。壳、膜或面单元截面定义上的方向定位不会影响rebar角度定位。例如下图：

按照自定义的局部坐标系定位

Figure 2.2.3–5 按照缺省的局部坐标系定位.

*ORIENTATION, NAME=name

*REBAR LAYER, ORIENTATION=name 用于轴对称单元的局部坐标系的定义 以r-z平面来测量定位角度

Figure 2.2.3–6 Example of circumferential rebars in axisymmetric shell elements.

在轴对称单元中不能再采用自定义局部坐标系定位rebar，可以采用r-z平

面来定位角度。沿轴对称膜/壳/面单元法向正向为正。

如果在无扭曲的轴对称膜/壳/面单元上采用了非0和非90度的定位角，abaqus认为rebar被平衡（一半rebar采用a角度铺设，一半采用－a角度铺设，内部计算相应变化）。这种rebar不能用于轴对称模型转换。推荐采用在带扭曲的单元上采用rebar。 大位移考虑

在几何非线性分析中rebar的几何特性会随着结果而变化。Rebar layer的变形由壳\\膜\\面单元的变形梯度决定。Rebar随着真实变形而旋转，但不会随着膜\\壳\\面单元的材料积分点的刚体平均旋转而旋转。

Figure 2.2.3–7 Rebar orientation evolves in a geometrically nonlinear analysis.

在变形过程中，rebar方向始终对齐单元的等参方向。

采用beam单元定义rebar

Figure 2.2.3–8 Rebar location in a beam section.

需要定义含有rebar的单元、截面积、相对于梁单元的局部坐标轴的定位。对每一根rebar采用不同的名字，用于后处理和预应力施加。该命令在cae中不支持。

*REBAR, ELEMENT=BEAM, MATERIAL=mat, NAME=name Rebar材料的定义区别于含筋单元，必须单独定义。

如果rebar layer采用非零密度，在动态分析、重力、离心力、旋转加速度分布载荷中质量将被考虑。

对于用梁单元模拟的rebar单元，质量不被考虑（只用于standard），除非在梁单元属性中赋予密度。 *REBAR LAYER

rebar layer name, A, s, distance of rebar from shell midsurface, rebar material name

初始状况的施加

定义rebar的预应力（在cae中不支持） *INITIAL CONDITIONS, TYPE=STRESS, REBAR

element number or element set name, rebar name, prestress value

在standard中保持rebar的预应力

施加预应力后，除非设定保持恒定，否则将随着平衡静态分析步而变化，这是因为自平衡应力状态建立以后结构应变变化的结果。你也能通过定义rebar的

一些常数以维持预应力不变。通常，预应力在分析的第一步保持不变，这是通用假设。

如果在前一分析步中预应力变化，而在后一分析步中保持不变，rebar的预应力数值将会由于额外的变形而发生变化。如果在预应力恒定的分析步之后的分析中没有引入塑性变形，reabr上的预应力将恢复。 *PRESTRESS HOLD

在reabr上定义基于结果状态变量的初始值（CAE不支持） *INITIAL CONDITIONS, TYPE=SOLUTION, REBAR 输出

Rebar积分点处的轴力可用RBFOR（＝轴向应力×截面积）输出。无论rebar的材料是什么，rebar都被当作不可压缩材料进行计算当前面积。对于膜\\面\\壳单元中的rebar，RBANG和RBROT可表征变形后的rebar几何。这些量都采用用户定义的单元等参方向为基准输出，并不是以缺省的单元局部坐标系或自定义的坐标系为基准。

定义rebar角度输出方向

RBANG和RBROT能通过壳\\膜\\面单元的任一等参方向为基准确认，可以通过设定1或2轴等参方向作为基准。以单元法向为主轴，右手定则确认角度的正向。默认方向为1等参方向。 在轴对称壳\\膜\\面单元中，

1－等参方向为子午面方向 2－等参方向为圆周方向。

在三角元中定义如下：

对于3节点三角元，1－等参向————————1节点与单元2号边的中点的

连线

2－等参向————————单元1号边中点与单元2号边中点的连线。

对于6节点三角元，1－等参向————————节点1与5的连线 2－等参向————————节点4与6的连线 *REBAR LAYER（CAE中不能定义方向用于角度输出）

rebar layer name, A, s, distance of rebar from shell midsurface, rebar material name, isoparametric direction

例子：

*REBAR LAYER, ORIENTATION=ORIENT

Rbname, 0.01, 0.1, 0.0, Rbmat, 30., 2（输出基准方向） *ORIENTATION, SYSTEM=RECTANGULAR, NAME=ORIENT -0.7071, 0.7071, 0.0, -0.7071, -0.7071, 0.0 3, 0.0

Figure 2.2.3–9 RBANG measurement for rebar defined relative to user-defined local coordinate directions.

2．2．4 将rebar定义为单元属性

首选方法是采用rebar layer定义。也可以将rebar直接定义为单元属性，这种做法很烦琐，并且其定位和结果都不能在cae中显示。 1 用途：

 用于定义实体\\膜\\壳单元中的单轴加强筋  在实体单元中定义单根杆

 用于在实体\\膜\\壳单元中定义单一间距的加强筋层（等厚度＝每一加强杆的截面积/加强杆间距）

 能用于热力耦合分析，但没有热传导系数和比热容参数  在standard中没有质量  不能用于热传导和质点散射分析

 不能用于三角形壳\\膜单元或者三棱锥，三棱柱单元  材料与含筋单元不同

2 对rebar组命名

*REBAR, ELEMENT=elem, MATERIAL=mat, NAME=name

能用于结果输出和预应力施加。 3 在三维壳和膜单元中定rebar

在3D壳和膜单元中可以定义等参或者skew rebar，三角元不能使用，除非采用塌陷的四角元替代。Rebar的结果方向由rebar使用的类型（等参还是skew）来决定。由于单元扭曲，所以rebar必须仔细定义。该技术应该只用在非关键的网格或者应力梯度不是很高的部位。

Rebar的应力计算与含筋单元采用一样的积分点。 3．1 在3D壳\\膜单元中定义等参rebar

Figure 2.2.4–1 “Isoparametric” rebar in an undistorted three-dimensional shell or membrane element.

等参rebar沿着单元常等参线的映射对齐。

如果含筋单元的两条对边不平行，单元内每个积分点处的rebar方向不同。 Figure 2.2.4–2 “Isoparametric” rebar directions in a distorted three-dimensional shell or membrane element (dashed lines indicate rebar directions).

Rebar的间距在物理空间固定。如果含筋单元的边不平行，采用间距值会使通过含筋单元一条边的真实rebar数量将与其对边的数量不等。

定义rebar， 要指定：  含筋单元

 每个rebar的截面积

 在壳的含筋平面内rebar的间距  rebar将在等参空间内平行的轴的编号。

 对于壳单元，还要指定壳厚度向上的rebar与壳中面的距离。如果壳厚度采用节点厚度进行定义，该值将被缩放。

*REBAR,

ELEMENT=SHELL,

MATERIAL=mat,

GEOMETRY=ISOPARAMETRIC

*REBAR, ELEMENT=MEMBRANE, MATERIAL=mat, GEOMETRY=ISOPARAMETRIC

3．2 在3D壳\\膜单元中定义skew rebar

Skew rebar 不必与单元的边相似，能沿着局部1 轴任意定位。定义rebar的方向只有以下两种方式：

采用投影的局部1轴方向（未定义定位方向坐标系时）或者自定义的坐标系1轴方向定位。

Figure 2.2.4–3 “Skew” rebar in a three-dimensional shell or membrane.

在壳\\膜单元上定义的方向定位对rebar角度定位没影响。如果壳\\膜在空间弯曲，单元上局部1－轴发生变化，skew rebar将相应变化。

3．2．1 以默认投影的局部坐标系作为基准定义skew rebar

Figure 2.2.4–4 Skew rebar defined relative to default local coordinate directions.

如果没有采用自定义的局部坐标系，如上图定位。而且当壳与整体坐标系的1－轴几乎平行时，在单元内或单元间的局部1－轴将变化剧烈。 *REBAR, ELEMENT=SHELL, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW *REBAR, ELEMENT=MEMBRANE, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW

3．2．2 以自定义局部坐标系作为基准定义skew rebar

Figure 2.2.4–5 Skew rebar defined relative to user-defined local coordinate directions.

*REBAR, ELEMENT=SHELL, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW, ORIENTATION=name

*REBAR, ELEMENT=MEMBRANE, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW, ORIENTATION=name

3．3 在轴对称壳\\膜单元中定义rebar

如果从轴对称模型采用SYMMETRIC MODEL GENERATION 命令生成3D模型，只有平衡rebar可以转换。在通用轴对称膜单元中非平衡rebar将正确转换。

*REBAR, ELEMENT=AXISHELL, MATERIAL=mat *REBAR, ELEMENT=AXIMEMBRANE, MATERIAL=mat

4 在连续体单元中定义rebar

不能在三角形\\棱柱\\棱锥\\无限元中定义rebar，但是可采用塌陷单元替代，这时要注意rebar定位及方向。

4．1 在平面和轴对称连续体单元中定义rebar层

通常，rebar形成一个层，该层位于一个与实体面相垂直的平面上。所以必须要定义“在实体上rebar面与实体相交的”线。角度的定位基于该线，并在3D空间测量，而不是在等参面中测量。该线的正向为从低编号单元边指向高编号单元边。

正值角度表明加强筋从下指入模型参照平面 ，模型参照平面总平行于 z-轴(平面应变分析）或者-轴在(轴对称分析)。

Figure 2.2.4–8 Orientation of rebars in plane and axisymmetric solid elements.

4．1．1 定义等参rebar

对于等参rebar，rebar layer与模型平面的交线将位于沿着单元的实等参线的映射。需要定义下列因素：  含筋单元

 每个rebar的截面积  间距

 从相应边（例如下图1#边）开始的距离份数值＝边（1＃）与rebar的间距/相应rebar穿过的邻边（2＃）的边长  上一项中作为参考的边的编号（1＃）

 对于轴对称单元，要定义径向位置以确定间距测量点

Figure 2.2.4–9 Isoparametric rebar layer definition in solid elements.

*REBAR,

ELEMENT=CONTINUUM,

MATERIAL=mat,

GEOMETRY=ISOPARAMETRIC

4．1．2 定义skew rebar（斜交rebar）

对于skew rebar，rebar层与模型平面的交线会与单元的两条边相交。需要定义下列因素：

 含筋单元

 每个rebar的截面积  间距  Rebar定位角

 对于轴对称单元，要定义径向位置以确定间距测量点  沿着单元所有边的距离份数值，一般只有两个值为非零值

Figure 2.2.4–10 Skew rebar layer definition in solid elements.

在显式计算的连续体单元中定义skew rebar能大幅增加运算时间。在很多情况下，单元的稳定时间增量步由rebar的稳定时间增量步决定，而rebar的稳定时间增量步又与rebar长度成比例。如果在连续体中skew rebar 与单元的两条相邻边相交，rebar长度将会比平均单元边长小很多，从而生成一个非常小的单元稳定时间增量步。 *REBAR,

ELEMENT=CONTINUUM,

MATERIAL=mat,

GEOMETRY=SKEW

4．1．3 在2－D轴对称和通用平面应变元中定义单根rebar

Rebar沿着厚度方向（通用平面应变元）或沿着周向（2－D轴对称）与模型的平面垂直。

Figure 2.2.4–11 Single rebar in a solid element.

测量距离份数从每边的第一个节点开始。 需要定义：  含筋单元

 每个rebar的截面积  距离份数F1  距离份数F2

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, SINGLE

4．2 在3D连续体单元中定义rebar层

一般采用含筋面来定义，如果含筋面不好定义的话，这种rebar定义将会非常低效。

在等参映射的立方体中，rebar面总是有两条平行于等参方向的边。在该立方体中，垂直与所指定的等参方向的表面将被用于确定rebar面上另外两条边的位置。

Figure 2.2.4–12 Isoparametric direction and edge definitions for three-dimensional elements.

如果采用了等参rebar，rebar面上的两条不平行于自定义的等参方向的边与其他两个等参方向中的一个方向平行；在这种等参映射立方体的rebar平面上一个等参坐标系为常数。

Figure 2.2.4–13 Element with two layers of isoparametric rebar.

如果存在skew rebar，rebar面的两条边，通常不平行于自定义的等参方向，也不会平行于另外两个方向中的一个。Rebar面上这两条边的位置在选定的等参方向下通过rebar平面与相交面的交线的距离份数来确定；所有4个距离份数都要给定，其中只有两个能非零。

定位角要在等参映射的立方体中定义。Rebar的正向指入单元。

若rebar层在空间内弯曲，每个积分点处的角度将不同，有可能每个单元要定义一个平均了的定位角，通过合理的划分网格，可以减轻对计算结果精度的影响。

Figure 2.2.4–14 Orientation example for three-dimensional skew rebar modeling, isoparametric direction 2. Shown in the mapped isoparametric element.

4．2．1 定义等参rebar

 需要定义：  含筋单元  截面积  间距  定位角  距离份数

 距离份数定义的参照边号  Rebar的等参方向

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, GEOMETRY=ISOPARAMETRIC

例子：

*HEADING

ISOPARAMETRIC REBAR *NODE 1, 0., 0. 2, 10., 0. 3, 10., 5. 4, 0., 5. 5, 0., 0., 7.5 6, 10., 0., 12.5 7, 10., 5., 12.5 8, 0., 5., 7.5

*ELEMENT, TYPE=C3D8R, ELSET=ONE 1,1,2,3,4,5,6,7,8

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL, GEOMETRY=ISOPARAMETRIC, NAME=LAYER_A ONE,.04,2.5,49.32628,0.25,4,2

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL, GEOMETRY=ISOPARAMETRIC, NAME=LAYER_B ONE,.04,1.,63.43494,0.5,3,2 *MATERIAL, NAME=STEEL *ELASTIC 30.E6, …

Figure 2.2.4–15 Example defining isoparametric rebar.

4．2．2 定义skew rebar 需要定义：

 含筋单元  截面积  间距  定位角

 沿着每条边的距离份数  Rebar的等参方向

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW 例子：

Figure 2.2.4–16 Example defining skew rebar.

*HEADING *NODE 1, 0., 0. 2, 10., 0. 3, 10., 5. 4, 0., 5. 5, 0., 0., 7.5 6, 10., 0., 12.5 7, 10., 5., 12.5 8, 0., 5., 7.5

*ELEMENT, TYPE=C3D8R, ELSET=ONE 1,1,2,3,4,5,6,7,8

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL, GEOMETRY=SKEW, NAME=LAYER_A

ONE, .04, 2.5, 55.28, , 2 .2, 0., .4, .0 *MATERIAL, NAME=STEEL

*ELASTIC 30.E6, …

The rebar layer is defined using isoparametric direction 2. The intersecting face is defined in Figure 2.2.4–12 and has nodes 1-5-6-2. The position of the rebar layer is given by its intersection with the edges of this face; the fractional distances, and , are shown in Figure 2.2.4–16. The orientation angle of the rebar in physical space is 30°. Following the same procedure for calculating as was described for isoparametric rebar,

,

, and the orientation angle in the

isoparametric-mapped cube is 55.28°. 4．3 在三维连续体单元中定义单根rebar

需要定义：  含筋单元  截面积  F1  F2

 Rebar的等参方向

*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, SINGLE

5 定义rebar材料

下列材料在隐式中不能使用：  多孔金属塑性

下列材料行为在显式中不能使用：  完全各向异性的弹性

 通过定义弹性刚度矩阵来定义正交各向异性

 状态等式  多孔金属塑性

 扩展的DRUCKER－Prager模型  修正的DRUCKER－Prager/cap模型  可压缩的泡沫塑性模型  混凝土的断裂模型

6 在rebar中施加预应力

*INITIAL CONDITIONS, TYPE=STRESS, REBAR

element number or element set name, rebar name, prestress value 1．2．2 abaqus内部约定

1 用于非轴对称单元的自由度约定

1－x位移 2－y位移 3－z位移 4－rotx 5-roty 6—rotz

7—翘曲值（用于开口梁） 8－孔隙压力（用于静水压力） 9－电压 10－不使用

11－温度（或者归一化的集中 用于质点发散分析中） 12－第2温度（用于壳\\梁） 13－第3温度（用于壳\\梁） 14 同上

注意： xyz方向与整体XYZ相应重合。如果节点处定义了局部转换，xyz将和转换中定义的局部方向重合。

2 用于轴对称单元的自由度约定

1－r位移 2－z位移

5－rotz（用于带翘曲的轴对称元，单位：弧度）

6－在r-z平面内的旋转（用于轴对称壳元，单位：弧度）

注意： r\\z方向与整体XY相应重合。如果节点处定义了局部转换，xyz将和转换中定义的局部方向重合。

3 在standard中使用的内部变量

除了使用上面的自由度以外，某些单元还使用内部变量,例如，使用拉哥朗日乘子法定义约束。通常不需考虑这些变量，但是这些变量往往出现在错误和警告信息中，并被用于检验在非线性迭代中的约束条件。内部变量总是和内部节点联系在一起。内部节点以负数编号，以次区别于自定义的节点。

4 坐标系

默认的坐标系为右手定则定义的直角坐标系。可以自己定义局部坐标系。

5 单位

Abaqus没有内置单位，除非在某些特定情况下采用度或者弧度确定旋转角。除了旋转自由度采用弧度制以外，其他的都采用度制。

6 时间

有两种时间：步长时间和总时间。除了在特定的线性挠动分析中，步长时间通常从每一步开始测量。总时间是所有分析步的累积时间，但是不包含线性挠动分析步的时间。

7 空间面的局部方向

空间面上的局部方向必须定义，例如在定义基于单元接触面上的切向滑动或定义壳上各应力应变分量时是很需要的。约定如下：

局部1－轴方向为整体坐标系Ｘ轴向空间面上就近投影的方向。

局部2－轴垂直于局部1－轴。

于是，局部1－轴，2－轴和空间面的正法向构成一右手局部坐标系。

Figure 1.2.2–1 Default local surface directions.

当考虑使用gasket（垫片）元或与截面输出时的局部坐标系或自定义截面时，1－轴\\2－轴相应变为2－轴\\3－轴。

对于在梁\\管\\珩架单元上定义的线形面，局部1－\\2－轴分别相切\\横穿单元。

8 局部坐标系的旋转

对于几何线性分析，应力应变分量默认按照初始构型的材料方向给出。 对于几何非线性分析，隐式中的小应变壳单元使用全Lagrangian应变，应力\\应变分量按照参考构型给出。Gasket单元是小应变小位移单元，其分量默

认按照参考构型的行为方向输出。在显式计算中，对于有限膜应变单元和小应变壳单元，材料方向随着面上平均刚体运动而旋转以形成当前构型的材料方向。这些单元的应力应变分量按当前构型的材料方向给出。

9 应力应变分量的约定

1－轴方向应力 2－轴方向应力 3－轴方向应力 1–2平面剪应力 1–3平面剪应力 2–3 平面剪应力

2．2．5 定位

1 用途：

 用于材料定义

 壳\\膜\\面单元中rebar的定义  转动惯量和连接单元的定义  耦合约束的定义  载荷方向的定义

 Standard中接触的滑动方向定义  积分点处材料计算

 应力应变的输出和单元截面力的输出

 Standard的惯量释放中刚体运动的局部坐标系定义 不可用于：

 Standard中同时使用了smeared crack concrete材料行为的点处  为结点坐标系重新定义局部坐标系，替代方法是采用*transform  为所施加的载荷和边界条件指定局部坐标系，但是可以使transform命令生成载荷和边界条件所需要的局部坐标系。

2 定义局部坐标系的名字 *ORIENTATION, NAME=name

3 在含有多零件的总成中定义局部坐标系

可在零件上，零件阵列上和总成上分别定义。前两者情况下定义的坐标系将通过零件或零件总成的定位数据而发生变化。 4 直接定义局部坐标系 分2步：

1 在所需要的位置，定义所需要的坐标系类型。坐标系通过abc三点定位。

Figure 2.2.5–1 Orientation systems.

2 另外，还可以选定这些局部坐标系的某一轴（, , or ）作旋转轴，

以角度为单位，对当前坐标系作额外的旋转。

Figure 2.2.5–2 Specifying rotation about a local axis for contact surfaces in ABAQUS/Standard, shells, membranes, composite solids, and (in parentheses) gasket elements.