一、Abaqus循環(huán)對稱功能的核心原理

循環(huán)對稱功能是Abaqus針對周向重復結構（如齒輪、葉輪、法蘭）的高效分析工具，核心是利用結構 “繞某一軸線旋轉特定角度后重合” 的特性，僅建 1 個 “扇區(qū)子模型” 計算，再通過循環(huán)對稱約束將結果映射到全結構，大幅減少網(wǎng)格量與計算時間（如 12 齒齒輪僅需 1 齒扇區(qū)，計算量縮至 1/12）。

使用需滿足兩個前提：1）結構幾何、材料屬性、載荷均沿周向循環(huán)對稱（如齒形重復、載荷為周向均勻扭矩 / 壓力）；2）存在明確 “循環(huán)對稱軸線”（如齒輪中心孔軸線），扇區(qū)間夾角均勻（360°/n，n 為周向重復次數(shù)）。

二、Abaqus循環(huán)對稱功能的操作步驟

以 “12 齒直齒輪受扭矩分析” 為例，核心流程為 “建立扇區(qū)模型→定義循環(huán)對稱約束→設置載荷邊界→提交計算與后處理”四步。

（一）前處理：建立扇區(qū)子模型

1. 創(chuàng)建幾何模型：

在 Part 模塊新建 “Deformable” 實體零件，僅繪制 1 個齒的扇區(qū)（對稱角 30°=360°/12），確保扇區(qū)兩側面（對稱面）垂直于循環(huán)對稱軸線（設為 Z 軸），且?guī)缀芜吔缤暾ê行目?、齒根圓角）。

2. 劃分網(wǎng)格：

進入 Mesh 模塊，選實體單元（如 C3D8R，兼顧精度與效率），設網(wǎng)格種子（齒根應力集中區(qū)加密），劃分后檢查質量（避免畸變單元），確保扇區(qū)兩側面對應節(jié)點數(shù)量一致（便于約束映射）。

（二）定義循環(huán)對稱約束

1. 創(chuàng)建參考點與坐標系：

在 Assembly 模塊，將扇區(qū)裝配到全局原點，建 1 個參考點（RP）于 Z 軸（齒輪中心），用于施扭矩；新建 “柱坐標系”（Z 軸為極軸），方便定義載荷與約束方向。

2. 設置循環(huán)對稱約束：

l進入 Step 模塊，新建 “Static, General” 分析步，在 “Loads/BCs” 工具欄選 “Create Constraint→Cyclic Symmetry”；

l選扇區(qū)兩側面，分別設為 “Master Side”（主面）與 “Slave Side”（從面），Abaqus自動匹配對應節(jié)點；

l確認 “Symmetry Axis” 為 Z 軸，“Number of Symmetry Sectors”（總扇區(qū)數(shù)）設 12，勾選 “Include Rotational Symmetry”（適配扭矩等旋轉載荷）。

（三）施加載荷與邊界條件

1. 約束循環(huán)對稱軸線：

對齒輪中心孔內表面加 “Displacement/Rotation” 約束，限制徑向（R 向）與軸向（Z 向）位移（U1=U3=0），保留周向（θ 向）轉動自由度（便于傳扭矩）。

2. 施加循環(huán)對稱載荷：

對參考點（RP）加 “Coupling” 約束，將中心孔內表面節(jié)點與 RP 耦合（傳扭矩）；在 RP 上施 “Moment” 載荷，方向沿 Z 軸（柱坐標系下 M3 = 設定值），確保載荷周向對稱（若為徑向壓力，需在扇區(qū)外圓面施均勻壓力）。

（四）提交計算與后處理

1. 提交分析：

在 Job 模塊新建作業(yè)，關聯(lián)模型后提交，求解器通過循環(huán)對稱約束，自動將扇區(qū)結果映射到全齒輪結構。

2. 后處理查看全結構結果：

進入 Visualization 模塊，加載結果后，在 “Result→Options→Symmetry” 中勾選 “Cyclic Symmetry Expansion”，設 “Number of Sectors to Expand” 為 12，即可顯示完整齒輪的應力、位移云圖（如齒根最大應力），結果與全模型一致，但效率更高。

Abaqus循環(huán)對稱功能是 “對稱結構高效分析” 的核心工具，操作核心為 “抓扇區(qū)、定約束、映結果”，通過縮減模型規(guī)模顯著提升計算效率，尤其適用于齒輪、葉輪、法蘭等周向重復結構的強度與振動分析。使用時需嚴格遵循對稱前提，確保扇區(qū)網(wǎng)格匹配、載荷與約束方向合理，才能保證結果精準。對于非對稱結構或載荷，需結合子模型、網(wǎng)格自適應等技術，不可強行使用循環(huán)對稱。