附录 A.2 - 用户材料常数 #2：主材料坐标系

Helius PFA 用于表示本构关系，并计算复合材料的主材料坐标系中的应力。对于单向微观结构，当“2”和“3”方向位于横向各向同性的复合材料平面中时，默认主要材料坐标系使用与纤维方向一致的“1”方向进行定向。但是，在简便或简化模型创建过程的情况下，当“1”和“3”方向位于横向各向同性的复合材料平面中时，您可以更改产品的主材料坐标系的方向，以便“2”方向与纤维方向一致。

对于织物微观结构，当“2”方向与扭曲牵引方向一致，“3”方向与平面外方向一致时，默认主材料坐标系使用与填充牵引方向一致的“1”方向进行定向。但是，如果要方便或简化模型创建过程，您可以更改主材料坐标系的取向，以便“2”方向与填充牵引方向对齐，而“1”方向对应于扭曲牵引方向。此外，您可以更改主材料坐标系的取向，以便 “3”方向与填充牵引方向对齐，而“2”方向对应于扭曲牵引方向。

第 2 个用户材料常数用于指定将要使用的主材料坐标系的方向。第 2 个用户材料常数的数值（对于单向材料为 1 或 2，而对于织物材料为 1、2 或 3）指定哪些主材料坐标轴将与纤维方向（针对单向复合材料）或填充牵引方向（针对织物复合材料）一致。可供主材料坐标系使用的备用方向使您可以更加灵活地在截面定义范围内指定材料层的方向。

应当注意的是，Abaqus/Standard 会在第 2 个用户材料常数指定的坐标系中输出应力和应变的复合平均状态；但是，应力和应变（按 SDV7、SDV8、...、SDV90 方式存储）的成分平均状态始终输出在 Helius PFA 的默认主材料坐标系 中。例如，如果第 2 个用户材料常数指定为 2，所有复合平均应力和应变状态都将输出在您定义的局部系统中，并且局部 2 方向要么与单向材料的纤维纵向轴一致，要么与织物材料的填充轴一致。但是，所有成分平均应力和应变状态都将报告在单向或织物复合材料的默认主坐标系中。

请查看以下 *USER MATERIAL 语句，该语句显示在表示单向微观结构的 Abaqus 输入文件中。 

*USER MATERIAL, CONSTANTS=16
1, 2, 1, 0, 0, 0, 0, 0 
0, 0, 0, 0.1, 0.01, 0, 0, 0

请注意，已将第 2 个用户材料常数的值指定为 2。因此，此特定材料将使用主材料坐标系，其中“2”轴与强化纤维一致，“1”和“3”轴位于横向各向同性的复合材料平面中。以下示例问题说明了将第 2 个用户材料常数的值指定为 2 所产生的后果。

样例

请考虑由两个单向复合材料层构成的柱形管状体。这两个复合层由相同的复合材料制成，但是它们在强化纤维的方向上有所不同。内层的强化纤维与圆柱体的轴向一致，而外层的强化纤维与圆柱体的周向一致。下图中的红色行显示了内部和外部复合层中强化纤维的方向。

若要说明将第 2 个用户材料常量的值指定为 2 所产生的后果，请查看以下语句（节选自 Abaqus 输入文件）：将第 2 个用户材料常量的值指定为 2，表示主材料坐标系的“2”轴与强化纤维一致。请注意，** 在 Abaqus 输入文件中表示注释。 

** Define a Helius PFA composite material.
** Note that the ‘2’ axis of the principal material 
** coordinate system is aligned with the fiber direction.
*MATERIAL, name=IM7_8552
*DEPVAR
7
*USER MATERIAL, CONSTANTS=16
1, 2, 1, 0, 0, 0, 0, 0 
0, 0, 0, 0.1, 0.01, 0, 0, 0
**
** Define a local cylindrical coordinate system for the
** inner composite ply. Note that the local cylindrical
** coordinate system is rotated so that the local ‘2’ axis
** points in the global axial direction. 
*Orientation, name=axial_fibers, system=CYLINDRICAL
0., 0., 0., 0., 0., 1.
1,  90.
**
** Define a solid section for the inner composite ply.
*Solid Section, elset=innerPly, orientation=axial_fibers, material=IM7_8552
**
** Define a local cylindrical coordinate system for the
** outer composite ply. Note that there is no need to
** rotate the local cylindrical coordinate system since
** the local ‘2’ axis points in the global hoop direction.
*Orientation, name=hoop_fibers, system=CYLINDRICAL
0., 0., 0., 0., 0., 1.
1,  0.
**
** Define a solid section for the outer composite ply.
*Solid Section, elset=outerPly, orientation=hoop_fibers, material=IM7_8552

请注意，局部圆柱形坐标系的方向（*ORIENTATION 语句中提供的）必须与为主材料坐标系所选的约定一致。例如，内层的局部圆柱形坐标系会旋转，以便局部“2”轴始终指向全局轴向。相反，外层的局部圆柱形坐标系不需要旋转，因为其局部“2”轴始终指向全局周向。

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