ABAQUS網格劃分講解

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如何使用3D實體單元？

1  如果不需要模擬非常大的應變或進行一個復雜的、改變接觸條件的問題，則應采用二次減縮積分單元(CAX8R,CRE8R,CPS8R.C3D20R等)。

2 如果存在應力集中，則應在局部采用二次完全積分單元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。它們可在較低費用下對應力梯度提供最好的  解決。 盡量不要使用線性減縮積分單元。用細化的二次減縮積分單元與二次完全積分單元求解結果相差不大，且前者時間短。

3   對含有非常大的網格扭曲模擬（大應變分析），采用細網格劃分的線性減縮積分單元（CAX4R,CPE4R.CPS4R,C3D8R等）。

4  對接觸問題采用線性減縮積分單元或非協調單元（CAX4I,CPE4I,CPS4II,C3D8I等）的細網格劃分。

5   對以彎曲為主的問題，如能保證所關心部位單元扭曲較小，使用非協調單元（如C3D8I），求解很精確。

6   對于彈塑性分析，不可壓縮材料（如金屬），不能使用二次完全積分單元，否則易體積自鎖，應使用修正的二次三角形或四面體單元、非協調單元，以及線性減縮積分單元。若使用二次減縮積分單元，當應變超過20%-40%要劃分足夠密的網格。

7   除平面應力問題之外，如材料完全不可壓縮（如橡膠），應使用雜交單元；

    在某些情況下，近似不可壓縮材料也應使用雜交單元。

8   當幾何形狀復雜時，萬不得已采用楔形和四面體單元。這些單元的線性形式，如C3D6和C3D4，是較差的單元（若需要時，劃分較細的網格以使結果達到合理的精度），這些單元也應遠離需要精確求解的區域。

9   如使用了自由網格劃分技術，四面體單元應選二次的，其結果對小位移問題應該是合理的，但花時間多。 在ABAQUS/Standard中選C3D10，ABAQUS/Explicit中選修正的（C3D10M）。如有大的塑性變形，或模型中存在接觸，且使用默認的“硬”接觸關系，也應選C3D10M。

10   ABAQUS/Explicit模擬沖擊或爆炸，應選線性單元。

  

網格類型說明：

 

二次縮減積分：應力/位移的最佳選擇（除了大位移（大應變）和接觸）

              粗網格沙漏也不嚴重

              復雜應力下，自鎖也不敏感

節點應力精度低與二次完全積分。

彈塑性問題，當應變超過20%-40%要劃分足夠密的網格。

 

二次完全積分（為保證應力梯度）：應力集中，應力計算結果精確，

              不用于接觸分析

彈塑性分析中對不可壓縮材料易產生體積自鎖。

              單元發生扭曲或彎曲應力有梯度時，可能出現某種程度的自鎖

 

線性縮減積分（細網格以克服沙漏）：

              求解位移較精確

              網格扭曲變形時，求解精度影響不大

              彎曲分析不容易剪切自鎖

              可用于接觸分析

              應力集中處的節點應力不精確

            

線性完全積分：（因剪切閉鎖）在小位移時方可用

用于局部應力集中

不用于彎曲（會剪切自鎖）

 

非協調單元（網格應細分）：

彎曲問題中，厚度方向很少的單元也能保證精度，速度快

單元扭曲不能大

               克服了剪切自鎖問題

               若單元扭曲小，求解位移、應力精確

              

              

楔形、四面體單元（效果差）：

不得已，才在不重要區域用

線性單元精度很差

二次單元精度較高，速度慢，能模擬任意形狀

二次四面體單元適用于小位移無接觸問題，速度慢。

在ABAQUS/Standard中選C3D10，

ABAQUS/Explicit中選。

如有大的塑性變形，或接觸，也應選修正的二次四面體單元

 

雜交單元：用于不可壓縮或近似不可壓縮材料

  

三維實體：

線性縮減積分：

沙漏：線性縮減積分單元模擬彎曲，積分點所有應力分量為零，變形能為零，單元沒有剛度。粗網格情況下，這種零能量模式擴展，使結果無意義。

線性縮減積分單元模擬彎曲，在厚度方向至少采用四個單元。---為防止沙漏。

 

剪切閉鎖：彎曲時，線性完全積分單元的邊不能彎曲。如下圖

 

殼單元類型選擇

A   對于薄殼問題，常規殼單元的性能優于連續體殼單元；對于接觸問題，連續體殼單元的計算結果更加精確，因為它能在雙面接觸問題中考慮厚度的變化。

1         當要求解十分精確時，可使用線性、有限薄膜應變、完全積分的四邊形殼單元（S4），這個殼單元十分適合于要考慮膜作用或有彎曲模式沙漏的問題，也適合于有變形彎曲的問題。

2         線性、有限薄膜應變、縮減積分、四邊形殼單元（S4R）性能穩定，適合范圍很廣。

3         線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3/S3R）可作為一般的殼單元來應用。

因為在單元內部是常應變近似場，求解彎曲變形喝高應變梯度問題時需精細的網格。

4         考慮到在復合材料層合殼模型中剪切肉度的影響，可采用厚殼單元（S4、S4R、S3/S3R、S8R）來模擬它，此時需檢驗平面假定是否滿足。

5         四邊形或三角形的二次殼單元，對一般的小變形薄殼來說很有效，它們對剪力鎖閉和薄膜鎖閉不敏感。

6         如果在接觸分析中一定要用二階單元，不要選用二階三角形殼單元（STRI65），而要采用9節點的四邊形殼單元（S9R5）。

7         對于幾何線性的，但規模規模又非常大的模型，線性薄殼單元（S4R5）通常將比一般殼單元效率更高。

8         在ABAQUS/Explicit中，如果包含任意大轉動喝小薄膜應變，應先用小薄膜應變單元。

 

梁單元類型選擇

1         在任何包含接觸的問題中，應使用B21或B31單元（線性剪切變形梁單元）

2         如果橫向剪切變形很重要，則應采用B22和B32單元（二次Timoshenko梁單元）

3         在ABAQUS/Standard的幾何非線性模擬中，如果結構非常剛硬或非常柔軟，應使用雜交單元，例如B21H喝B32H單元。

4         如果在ABAQUS/Standard中模擬具有開口薄壁橫截面的結構，應使用基于橫截面翹曲理論的梁單元，例如B31OS、B32OS

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