ABAQUS中無限單元的使用（一）

——2D操作案例

作者：Nick_Liu

使用無限單元可以用消除應力波的反射，從而以較小的模型得到和整體模型一致的計算結果，在節省計算資源和提高計算精度方面具有很大優勢。一般局部加載對整體影響不大或者問題為無邊界時可以使用無限單元模型。

ABAQUS 6.14提供了17種無限單元。非聲學問題中常用的無限單元有：CINAX4、CIN3D8、CINPE4和CINPS4。使用時只需在input文件中修改單元類型的關鍵字即可。

使用無限單元的關鍵在于模型區域的劃分。本文通過隨時空變化壓力載荷作用于圓柱體的案例，演示二維無限單元模型的建立過程。

1）建模過程

Step-1：建立軸對稱模型，并將模型分成3個區域，如圖1所示：

圖1 建模和分塊

Step-2：設置邊界區域厚度方向的種子密度為1，寬度方向種子數量相同；內部區域單元類型為CAX4R，邊界區域單元類型為CAX4；劃分網格如圖2所示：

圖2 模型網格

Step-3：孤立網格，調整堆疊方向，如圖3所示：

圖3 調整堆疊方向

Step-4：賦予材料屬性，建立裝配體和動態分析步（Dynamic, Explicit）。

Step-5：在模型頂部通過VDLoad子程序施加大小隨時間和空間變化的壓力；同時對模型施加對稱和固定約束，如圖4所示：

圖4 載荷和約束

Step-5：新建Job，輸出Input文件，將Input文件中的單元類型CAX4改為CINAX4。

Step-6：通過修改后的Input文件新建Job并提交計算。

 

2）計算結果

計算結果如圖5所示：

圖5 計算結果

可以看到，應力傳遞至白色的無限單元邊界時沒有進行反射，其結果與實際情況是一致的。

 

3）注意事項

a. 厚度方向只能有一個單元；

b. 必須且只能與有限單元共一條邊；

c. 材料堆棧方向必須指向無窮遠；

d. 邊界條件設置應避免過約束；

 

無限單元的2D操作較為簡單，比較容易實現。3D操作與2D操作流程一樣，區別在于模型劃分較為復雜。同時由于ABAQUS/Standard僅支持聲學無限單元，當我們進行非聲學計算，且需要得到穩定后的計算結果時，通常只能采用延長計算時間的方式來獲得近似的穩定結果。當所需計算時間較長時，這種方式顯然是不理想的。不過好在雖然Standard不支持非聲學無限單元，但依舊可以通過一定方式將Explicit的計算結果導入Standard中進行求解，以節省大量時間。

關于3D模型的建立和具體導入操作以及VDLoad子程序的使用后面再進行分享。