When performing large deformation analyses in Abaqus, accurately representing the forces acting on the structure as it deforms is crucial. This is where the “Follow Nodal Rotation” option becomes essential (follower force). By enabling this feature, the applied loads rotate with the nodes, maintaining their alignment with the local coordinate system and providing a more accurate simulation of real-world conditions.
The “Follow Nodal Rotation” option allows the applied load to stay aligned with the node’s local coordinate system throughout the analysis, even if the node undergoes rotational displacements. This feature is particularly useful in scenarios involving large deformations and nonlinear material behaviors. However, it comes with limitations and considerations, such as compatibility with certain element types and potential impacts on stability and Abaqus convergence.
In this blog, we will delve into the details of the “Follow Nodal Rotation” option, explaining when to use follower forces and the importance of this feature in simulations involving large deformations. We will discuss the limitations and considerations to keep in mind and provide a step-by-step guide on how to activate this option in Abaqus. By the end of this blog, you will have a comprehensive understanding of how to use follower loads effectively in your analyses.
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What is “Follow nodal rotation” option in Abaqus? | Follower force, Follower load
Abaqus의 "절점 회전 따르기" 옵션은 집중 하중(집중력) 정의에서 적용되는 하중이 연관된 절점과 함께 회전할 수 있도록 하는 설정을 의미합니다. 이 옵션을 활성화하면 절점이 회전 변위를 겪더라도 해석 과정 내내 하중이 절점의 로컬 좌표계와 정렬된 상태를 유지합니다. 이 옵션은 적용된 하중을 구조물의 회전 거동과 결합해야 하는 경우에 특히 유용합니다. 구조물의 변형에 따라 하중의 방향이 변할 수 있는 실제 하중 조건을 더욱 정확하게 표현할 수 있습니다.
이를 더 잘 설명하기 위해 예를 들어 보겠습니다(그림 1 참조). 한쪽 끝이 고정되어 있고 자유단에 집중 하중이 작용하는 캔틸레버 보를 상상해 보세요. "절점 회전 따르기" 옵션이 비활성화되어 있으면 하중은 공간에 고정된 상태로 유지되며 보가 처질 때 함께 회전하지 않습니다. 그러나 이 옵션이 활성화되어 있으면 하중은 보와 함께 회전하여 절점의 로컬 좌표계와의 정렬을 유지합니다(그림 1 참조).
그림 1: 팔로워 힘, 노드 회전을 따르기
When we should use follower force?
대변형 해석에서는 구조물의 형상과 구성이 시뮬레이션 전반에 걸쳐 크게 변할 수 있습니다. 구조물이 변형됨에 따라 초기 구성에 적용된 절점력이 변형된 구조물에 작용하는 실제 힘을 더 이상 정확하게 나타내지 못할 수 있습니다. 이는 결과의 부정확성으로 이어질 수 있습니다.
"절점력 추종" 옵션(팔로워 하중, 팔로워 힘)을 활성화하면 Abaqus는 해석 중에 절점력을 자동으로 업데이트하여 변화하는 형상과 변형을 반영합니다. 이를 통해 적용된 힘이 큰 변형과 비선형 거동을 고려하여 구조물의 현재 상태를 정확하게 반영합니다.
이 옵션을 활성화하는 것은 가소성이나 초탄성과 같이 변형 응답이 가해진 힘에 크게 의존하는 비선형 거동을 갖는 재료를 포함하는 시뮬레이션에서 특히 중요합니다. 절점력을 따라가면 해석에서 정확한 힘-변위 관계를 파악하고 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
"절점력 따르기" 옵션은 각 단계마다 힘을 재계산해야 하므로 추가적인 계산 비용이 발생할 수 있습니다. 따라서 분석의 특정 요구 사항과 예상되는 정확도 수준을 고려하여 신중하게 사용해야 합니다.
“Follow nodal rotation” limitations and considerations
Abaqus에서 "Follow Nodal Rotation" 옵션(팔로워 하중, 팔로워 힘)을 사용할 때 염두에 두어야 할 몇 가지 제한 사항과 고려 사항이 있습니다.
- 호환성: 이 옵션은 회전 자유도를 지원하는 특정 요소 유형에만 사용할 수 있습니다. Abaqus의 모든 요소 유형이 절점 회전을 지원하는 것은 아니므로, 선택한 요소가 이 옵션과 호환되는지 확인하는 것이 중요합니다.
- 하중 적용: "절점 회전 따르기" 옵션은 일반적으로 단일 절점에 적용되는 집중 하중에 적합합니다. 분산 하중이나 특정 영역에 적용되는 하중에는 적용 또는 의미가 없을 수 있습니다.
- 하중 방향: "절점 회전 따르기" 옵션을 활성화하면 하중 방향이 해당 절점의 로컬 좌표계를 기준으로 고정됩니다. 하중이 전역 좌표계 또는 다른 기준 프레임을 기준으로 고정된 방향을 유지해야 하는 경우에는 이러한 동작이 바람직하지 않을 수 있습니다.
- 안정성: "노드 회전 따르기" 옵션은 해석에 추가적인 복잡성을 야기하여 해의 안정성과 수렴성에 영향을 미칠 수 있습니다. 결과의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위해 수렴 동작을 모니터링하고 적절한 검사를 수행하는 것이 중요합니다.
How to use the “Follow nodal rotation” in Abaqus? | Abaqus Follower Load
ABAQUS에서 대변위 해석이나 유한 슬라이딩 해석을 수행할 때, 절점에 작용하는 힘(종동 하중)의 방향을 변경하기 위해 종동 하중을 사용해야 합니다. 종동 하중은 힘이 작용하는 절점과 함께 회전하도록 하며, 절점이 회전함에 따라 힘의 방향도 변경됩니다. 집중 하중 또는 모멘트가 설정된 경우, "절점 회전 따르기" 옵션(그림 2 참조)을 선택하여 Abaqus 종동 하중을 활성화할 수 있습니다.
그림 2: "노드 회전 따르기" 옵션 선택
팔로워 하중을 사용하면 강성 행렬이 비대칭이 되므로 비대칭 행렬 저장소를 사용해야 합니다. 그래픽 인터페이스나 입력 파일에서 이를 수행할 수 있습니다(그림 3과 4 참조).
그림 3: 그래픽 인터페이스를 통한 비대칭 행렬 선택
그림 4: 입력 파일을 통한 비대칭 행렬 사용
Speaking of rotation, I’m sure by now you have realized that by rotation in the “follow nodal rotation” phrase we don’t mean actual rotation; however, we have an article about rotation in Abaqus titled: Abaqus 부하 토크(모멘트)란 무엇이고, Abaqus에 어떻게 적용하나요?
This article discusses the “Follow Nodal Rotation” option in Abaqus, a setting crucial for accurately representing forces in large deformation analyses (follower force). This feature ensures that applied loads rotate with nodes, aligning with their local coordinate system and thus providing a realistic simulation of structural behavior under deformation. The importance of this option lies in its ability to maintain the correct force alignment, crucial in simulations with nonlinear material behaviors like plasticity or hyperelasticity.
이 기사에서는 몇 가지 핵심 사항을 다루고 있습니다.
- 정의 및 중요성: Explains the “Follow Nodal Rotation” option and its role in keeping applied loads aligned with nodal rotations, enhancing the accuracy of real-world simulations.
- 사용 시나리오: 특히 비선형 재료의 경우 정확한 힘 표현을 보장하기 위해 대변형 해석에서 추종력의 필요성을 강조합니다.
- 제한 사항 및 고려 사항: 호환성 문제, 적합한 하중 적용, 잠재적인 안정성 영향에 대해 논의하며, 신중한 구현의 필요성을 강조합니다.
- 활성화 가이드: Abaqus에서 이 옵션을 활성화하는 방법에 대한 단계별 가이드를 제공하며, 정확한 결과를 위해 비대칭 강성 행렬을 사용하는 것의 중요성을 설명합니다.
In conclusion, this article provides a comprehensive overview of the “Follow Nodal Rotation” option in Abaqus, detailing its importance, proper usage, and limitations. Understanding and effectively implementing this feature can significantly improve the accuracy of simulations involving large deformations and nonlinear material behaviors.
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