施加弯矩荷载

使用实体单元 C3D8R对悬臂梁建模，在梁的一端施加弯矩载荷（如图1所示）。为何在 DAT 文件中出现下列错误信息：

***ERROR: DEGREE OF FREEDOM 6 IS NOT ACTIVE ON NODE 93 INSTANCE PART-1-1. THIS LOADING IS NOT VALID.（部件实体 PART-1-1上节点93的第6个自由度不可用，所施加的载荷是无效的）

 图1  施加弯矩载荷

错误原因：

实体（solid）单元的节点只有平动自由度 U1、U2、U3，没有转动自由度 UR1、UR2、UR3，因此不能直接在实体单元的节点上施加弯矩载荷或定义转动边界条件。虽然 Abaqus/CAE 提供了如图1所示的操作界面，但读者应该自己判断是否可以施加这样的载荷。

需要注意的是，弯矩载荷的作用是使实体发生整体的弯曲变形，这是各个节点的平动所形成的综合效果，而节点转动自由度的含义是以这个节点为中心做转动，读者应注意区分这二者的区别。

『解决方法』

如果确实需要在实体单元上施加弯矩载荷，可以通过建立耦合（coupling）约束的方法来实现。操作步骤如下：

1）在需要定义弯矩载荷的位置定义一个参考点（reference point）；

2）将弯矩载荷所作用的实体单元区域定义为一个集 合（注意：要选择一个区域，而不是仅仅一个节点）;

3）在 Interaction 功能模块中，点击菜单 Constraint → Create，将类型设为 Coupling，在上述区域和参考点之间建立耦合约束。在如图2所示的对话框中，选择 Kinematic 约束（实体单元区域不能再发生变形）或 Distributing 约束（实体单元区域可以发生变形）。

4）在 Load 功能模块中，将弯矩载荷直接施加在参考点上，此弯矩将会被传递到整个耦合区域上。

图2  在参考点与弯矩作用区域之间建立耦合约束

读者可以选择工程力学课本中最简单的悬臂梁受弯矩荷载作用的例子，验证通过耦合约束定义弯矩荷载的正确性。