來源：力學(xué)與Abaqus仿真

對于大多數(shù)Abaqus用戶，在選擇單元類型時都會有這樣的困惑，可選的單元類型很多，還有減縮積分、完全積分、線性單元、二次單元、非協(xié)調(diào)單元、雜交單元、沙漏控制等眾多選擇（圖1），在實際有限元分析時，究竟應(yīng)該如何選擇合適的單元類型。從今天開始，陸續(xù)介紹單元類型的選取原則，供大家參考。

圖1 單元類型選擇對話框

選擇三維實體單元類型時應(yīng)遵循以下原則：

● 對于三維區(qū)域，盡可能采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)或掃掠網(wǎng)格劃分技術(shù)，從而得到Hex單元網(wǎng)格，減小計算代價，提高計算精度。當(dāng)幾何形狀復(fù)雜時，也可以在不重要的區(qū)域使用少量楔形（Wedge）單元。

● 如果使用了自由網(wǎng)格劃分技術(shù)，Tet單元的類型應(yīng)選擇二次單元。在Abaqus/Explicit中應(yīng)選擇修正的Tet單元 C3D10M，在Abaqus/Standard中可以選擇C3D10，但如果有大的塑性變形，或模型中存在接觸，而且使用的是默認(rèn)的“硬”接觸關(guān)系（“hard”contact relationship），則也應(yīng)選擇修正的Tet單元 C3D10M。

● Abaqus的所有單元均可用于動態(tài)分析，選取單元的一般原則與靜力分析相同。但在使用Abaqus/Explicit模擬沖擊或爆炸載荷時，應(yīng)選用線性單元，因為它們具有集中質(zhì)量公式，模擬應(yīng)力波的效果優(yōu)于二次單元所采用的一致質(zhì)量公式。

如果使用的求解器是Abaqus/Standard，在選擇單元類型時還應(yīng)注意以下方面：

● 對于應(yīng)力集中問題，盡量不要使用線性減縮積分單元，可使用二次單元來提高精度。如果在應(yīng)力集中部位進(jìn)行了網(wǎng)格細(xì)化，使用二次減縮積分單元與二次完全積分單元得到的應(yīng)力結(jié)果相差不大，而二次減縮積分單元的計算時間相對較短。

● 對于彈塑性分析，如果材料是不可壓縮性的（例如金屬材料），則不能使用二次完全積分單元，否則會出現(xiàn)體積自鎖問題，也不要使用二次Tri單元或Tet單元。推薦使用的是修正的二次Tri單元或Tet單元、非協(xié)調(diào)單元，以及線性減縮積分單元。如果使用二次減縮積分單元，當(dāng)應(yīng)變超過20% ~ 40% 時要劃分足夠密的網(wǎng)格。

● 如果模型中存在接觸或大的扭曲變形，則應(yīng)使用線性Quad或Hex單元，以及修正的二次Tri單元或Tet單元，而不能使用其他的二次單元。

● 對于以彎曲為主的問題，如果能夠保證在所關(guān)心部位的單元扭曲較小，使用非協(xié)調(diào)單元（例如C3D8I單元）可以得到非常精確的結(jié)果。

● 除了平面應(yīng)力問題之外，如果材料是完全不可壓縮的（例如橡膠材料），則應(yīng)使用雜交單元；在某些情況下，對于近似不可壓縮材料也應(yīng)使用雜交單元。

當(dāng)然，上述選取原則都屬于基本原則，當(dāng)用戶分析的模型比較復(fù)雜，例如既包含彈塑性分析，還包含應(yīng)力集中，是否選擇二次單元就應(yīng)該審中考慮。最好的解決方法是做不同單元類型的分析，觀察分析結(jié)果對單元類型的敏感性，并最終選擇合適的單元類型。

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