Abaqus中的“街溜子”單元
無用之用的“街溜子”單元
Abaqus的Special-Purpose Elements之中，有一種非常奇怪的Surface單元，它沒有材料，沒有厚度、也沒有剛度。
在有限元軟件中，如果沒有這些基本的結構屬性，意味著沒有多少用，因為它不能代表真實世界中的任何物體，甚至極其微小的載荷都能使它產生無限的變形。
按道理，作為Abaqus中的特殊單元，必須要有一技之長，才有用武之地。比如Gasket單元，能為墊片提供一種快捷、精準的建模方法；Acoustic Interface單元，可以充當結構與聲學單元之間不同自由度的“翻譯”；Cohesive單元，能對界面強度與完整性問題進行建模...
而沒有任何特長的Surface單元，是不是毫無用處？恰恰相反，這家伙反而像個“街溜子”，四處亂竄，應用相當之廣泛，在各種類型的建模問題中都能碰到它，這貨是真正做到了莊子說的“無用之用，方為大用”。
Surface單元的作用
作用1：攜帶加強筋
雖然沒有內稟剛度，但是Surface單元可以攜帶Rebar，模擬加強結構，比如下圖中的輪胎建模，黃、綠、藍顏色的單元是攜帶加強筋的Surface單元，紅色短線顯示了加強筋的布置方向，它們被嵌入到輪胎的實體單元內部，可以準確地表征輪胎中的鋼絲帶束層、簾布層等加強結構。
輪胎中的surface單元
作用2：可變形剛性面
Surface單元也可以被約束為剛體，或通過控制節點位移，形成可變形剛性面，利用接觸來驅動其他部件的運動，典型應用是支架的卷曲、膨脹、彎曲和分叉變形。
可變形剛性面
作用3：生成粒子
Surface單元還可以作為粒子生成器的出口（法向為inlet粒子流向），用來生成不同種類的顆粒（DEM/SPH/LKM），參考此公眾號之前推送的文章SPH粒子生成器。
粒子生成器出口
作用4：流體腔輔助面
在Fluid Cavity分析中，為了使流體腔閉合，可以在模型中添加Surface單元作為輔助，或者在多個氣室之間通過Surface單元建立隔膜。
爆胎模擬與多氣室氣簾
作用5：波浪顯示
Abaqus/AQUA分析后處理的時候，可以用Surface單元來顯示波浪的自由表面，使用時需注意網格劃分要足夠精細，以便捕捉波浪形狀。
AQUA分析波浪顯示
作用6：附加特征
Surface單元還可以給模型中的部件添加質量或其他特征。如果你經常用CEL方法，可能會知道目前Abaqus歐拉-拉格朗日接觸是不支持梁單元的，有這個限制作為前提，接下來這個案例應該算得上是“騷操作”了，剛形成這個思路時我還不確定可行性，建了個模型試算一下，竟然是可以的，后續會做一組Validation看看這種方法精度如何、有沒有實用價值。
歐拉單元與拉格朗日梁單元相互作用
我相信Surface單元的用處不止于此，大家使用的時候繼續拓展吧。
參考：
Abaqus Documentation
Modeling Tire Burst in the Small Overlap Frontal Crash Simulations
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