1、REBAR 的各种用法223 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 LAYER2） *SHELL SECTION, ELSET=shell_set_name 定义
2、 壳 单元*REBAR LAYER3） *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 rebarmemb_set_name or surf_set_nameREBAR 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
3、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（Srebar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
4、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 EQUATIONRebar 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
5、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 2.2.35 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
6、.2.36 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
7、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 2.2.37 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 rebarFigure 2.2.38 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 reb
8、ar 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=nameRebar 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 LAYERrebar layer name, A, s, distance of rebar from shell midsurface, rebar ma
9、terial 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, REBARelement 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
10、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
11、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 LA
12、YER（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=ORIENTRbname, 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, 0.03,
13、 0.0Figure 2.2.39 RBANG measurement for rebar defined relative to user-defined local coordinate directions.224 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
14、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。Re
15、bar 的应力计算与含筋单元采用一样的积分点。31 在 3D 壳膜单元中定义等参 rebarFigure 2.2.41 “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 2.2.42 “Isoparametric” rebar directions in a distorted three-dimensional shell or membran
16、e 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=ISOPAR
17、AMETRIC*REBAR, ELEMENT=MEMBRANE, MATERIAL=mat,GEOMETRY=ISOPARAMETRIC32 在 3D 壳膜单元中定义 skew rebarSkew 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 2.2.43 “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，
18、单元上局部 1轴发生变化，skew rebar 将相应变化。321 以默认投影的局部坐标系作为基准定义 skew rebarFigure 2.2.44 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, GEOME
19、TRY=SKEW322 以自定义局部坐标系作为基准定义 skew rebarFigure 2.2.45 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=name33 在轴对称壳膜单元中定义 rebar如果从轴对称模型采用 SYMMET
20、RIC 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=mat4 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。41 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
21、 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 2.2.48 Orientation of rebars in plane and axisymmetric solid elements.411 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
22、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 2.2.49 Isoparametric rebar layer definition in solid elements.*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, GEOMETRY=ISOPARAMETRIC412 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
23、： 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 2.2.410 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
24、生成一个非常小的单元稳定时间增量步。*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, GEOMETRY=SKEW413 在 2D 轴对称和通用平面应变元中定义单根 rebarRebar 沿着厚度方向（通用平面应变元）或沿着周向（2D 轴对称）与模型的平面垂直。Figure 2.2.411 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, SINGLE42
25、 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 2.2.412 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
26、 rebar 平面上一个等参坐标系为常数。Figure 2.2.413 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
27、过合理的划分网格，可以减轻对计算结果精度的影响。Figure 2.2.414 Orientation example for three-dimensional skew rebar modeling, isoparametric direction 2. Shown in the mapped isoparametric element.421 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
28、：*HEADINGISOPARAMETRIC REBAR*NODE1, 0., 0.2, 10., 0.3, 10., 5.4, 0., 5.5, 0., 0., 7.56, 10., 0., 12.57, 10., 5., 12.58, 0., 5., 7.5*ELEMENT, TYPE=C3D8R, ELSET=ONE1,1,2,3,4,5,6,7,8*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL,GEOMETRY=ISOPARAMETRIC, NAME=LAYER_AONE,.04,2.5,49.32628,0.25,4,2*REBAR, ELEMEN
29、T=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL,GEOMETRY=ISOPARAMETRIC, NAME=LAYER_BONE,.04,1.,63.43494,0.5,3,2*MATERIAL, NAME=STEEL*ELASTIC30.E6,Figure 2.2.415 Example defining isoparametric rebar.422 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：Figu
30、re 2.2.416 Example defining skew rebar.*HEADING*NODE1, 0., 0.2, 10., 0.3, 10., 5.4, 0., 5.5, 0., 0., 7.56, 10., 0., 12.57, 10., 5., 12.58, 0., 5., 7.5*ELEMENT, TYPE=C3D8R, ELSET=ONE1,1,2,3,4,5,6,7,8*REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=STEEL, GEOMETRY=SKEW,NAME=LAYER_AONE, .04, 2.5, 55.28, , 2.2, 0.,
31、.4, .0*MATERIAL, NAME=STEEL*ELASTIC30.E6,The rebar layer is defined using isoparametric direction 2. The intersecting face is defined in Figure 2.2.412 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
32、 shown in Figure 2.2.416. 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 55.28.43 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*
33、REBAR, ELEMENT=CONTINUUM, MATERIAL=mat, SINGLE5 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 DRUCKERPrager 模型 修正的 DRUCKERPrager/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, REBARelement number or element set name, rebar n
34、ame, prestress value1 2 2 abaqus 内部约定1 用于非轴对称单元的自由度约定1x 位移2y 位移3z 位移4rotx5-roty6rotz7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1r 位移2z 位移5rotz（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
35、：弧度）注意： rz 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
36、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 1.2.21 Default local surface directions.当考虑使用 gasket（垫片）元或与截面输出时的局
37、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 12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12 平面剪应力13 平面剪应力23 平面剪应力
