無限單元
關注創(chuàng)建者：icaer 創(chuàng)建時間：2019-08-10
無限單元的視頻教程
abaqus二維無限元邊界單元的模擬
通過巖土工程書上一個簡單的例子向大家介紹abaqus關于無限元單元的模擬，無限元單元邊界常用于振動問題的分析，例如爆破，抗震；用這個邊界單元來模擬遠場，防止應力波的反射對近場的影響。
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ABAQUS案例—ABAQUS中聲固耦合、聲輻射分析方法精講
聲學無限單元計算公式與聲輻射阻抗邊界的計算有幾個關鍵的區(qū)別：無限單元采用更高階的差值函數(shù)，而聲輻射邊界則采用一階差值函數(shù)。雖然無限元計算每個單元的花費更高，但是無限單元的要比阻抗邊界精確很多，因此通過減小無限元的單元規(guī)模，從而可以大大的降低結(jié)構(gòu)總的計算時間。 本案例即是講解無限元單元法在模擬噪聲分析中的應用。
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無限單元的實例教程
什么是無限單元
無限單元是有限元的一種單元，它的單元形式如下圖所示。
2. 無限單元的作用
使用無限單元作為反射邊界，應力波將無反射，防止在邊界上產(chǎn)生的應力波反射重新進入模型，從而確保結(jié)果的正確性。
3. 怎么建立無限單元
（1）先建立有限元模型，然后將需要設置為無限單元的部分分割，在mesh模塊中設置該部分單元類型，這樣在inp文件中需要設置為無限單元的部分就會集中在一起，方便修改其節(jié)點的編號。
（2）在inp文件里對無限單元進行單元屬性及編號的改變，需要注意無限單元的方向，在二維無限單元中，前兩個節(jié)點所組成直線中點A與后兩個節(jié)點所組成直線中點B，無限單元的方向就是A指向B的方向，如圖1，二維無限元的方向是朝下；在三維無限單元中，前四個節(jié)點所組成平面的中心點C與后四個節(jié)點所組成平面的中心點D，無限單元的方向就是C指向D的方向，如圖1，三維無限單元的方向朝右。
（3）將修改后的inp導入，建立job提交就可以了。
實例講解-鋼丸撞擊金屬板
機械噴丸的模擬，其中設置金屬板邊界部分為無限單元。
（1）建立有限元模型，將金屬板的邊界partition切割，全部設置為C3D8R單元類型，修改邊界部分為C3D8I（邊界部分的單元類型和其他部分不一樣，方便下步統(tǒng)一更改為無限單元），如圖，建立job-write input 生成inp文件。
（2）修改inp文件的單元屬性及編號
inp文件以記事本的方式打開，將Element, type（單元類型）C3D8I修改為CIN3D8（無限單元），
下一步修改無限單元節(jié)點編號的排列順序，在inp的data lines中第一列是單元編號，后面的是節(jié)點編號，如圖7。在本文中，無限單元的方向是從金屬板的中心向外。
展開 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(jié)果，在節(jié)省計算資源和提高計算精度方面具有很大優(yōu)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(qū)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(qū)域，如圖1所示：
圖1 建模和分塊
Step-2：設置邊界區(qū)域厚度方向的種子密度為1，寬度方向種子數(shù)量相同；內(nèi)部區(qū)域單元類型為CAX4R，邊界區(qū)域單元類型為CAX4；劃分網(wǎng)格如圖2所示：
圖2 模型網(wǎng)格
Step-3：孤立網(wǎng)格，調(diào)整堆疊方向，如圖3所示：
圖3 調(diào)整堆疊方向
Step-4：賦予材料屬性，建立裝配體和動態(tài)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(jié)果
計算結(jié)果如圖5所示：
圖5 計算結(jié)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(jié)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.
展開 噪聲輻射分析中，需要模擬附著在結(jié)構(gòu)上的外部空氣，而且它是向外無限延伸的，因此直接用聲學有限單元去模擬無限的空氣區(qū)域是不合理的。在Abaqus中可以通過兩種方式來模擬無限聲學介質(zhì)的影響：一,使用聲學無限單元；二，用阻抗邊界來模擬。
在對外部的噪聲輻射問題進行仿真分析時，無限單元法的應用已經(jīng)越來越廣泛。無限單元可以直接在結(jié)構(gòu)上定義，或者也可以在聲學有限單元區(qū)域的終面上定義。
對于邊界阻抗技術，實質(zhì)上屬于無反射邊界條件。然而當用此來模擬結(jié)構(gòu)外部的區(qū)域時，結(jié)構(gòu)與輻射表面的距離必須足夠大（通常取聲波波長的1/3）。
聲學無限單元計算公式與聲輻射阻抗邊界的計算有幾個關鍵的區(qū)別：無限單元采用更高階的差值函數(shù)，而聲輻射邊界則采用一階差值函數(shù)。雖然無限元計算每個單元的花費更高，但是無限單元的要比阻抗邊界精確很多，因此通過減小無限元的單元規(guī)模，從而可以大大的降低結(jié)構(gòu)總的計算時間；本案例即是講解無限元單元法在模擬噪聲分析中的應用。
展開 材料采用Ti-6Al-4V鈦合金，有限單元區(qū)賦予彈塑性參數(shù)，無限單元賦予彈性參數(shù)。具體參數(shù)如下：
密度：4.5e-9；彈性：1.2e5,0.34；塑性：A:1098 B:1092 C:0.014 n:0.93 參考應變率：1
裝配：全局坐標原點與有限單元頂點重合。
分析步創(chuàng)建：隱式/顯式分析步，增量采用固定增量步
接口設定：
網(wǎng)格劃分，無限單元部分定義網(wǎng)格節(jié)點方向排布
建立模型輸出inp文件，將無限單元部分的單元類型改為CIN3D8
如果沖擊光斑為圓形光斑，網(wǎng)格細化至50微米，如果為方向光斑，網(wǎng)格100微米
圓形光斑在空間表現(xiàn)為高斯分布，表現(xiàn)為從中心區(qū)域到邊緣沖擊載荷逐漸變小。
方向光斑在空間表現(xiàn)為均布載荷，其峰值載荷為圓形光斑的0.618倍，一些研究表明相同激光參數(shù)下方形光斑搭接沖擊材料疲勞性能較高。
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無限單元的最新內(nèi)容
若模型包含流體單元、無限元、阻尼器、厚殼、厚梁、材料阻尼及自適應網(wǎng)格等，該方法不被使用。
分析步創(chuàng)建：隱式/顯式分析步，增量采用固定增量步
接口設定：
網(wǎng)格劃分，無限單元部分定義網(wǎng)格節(jié)點方向排布
建立模型輸出inp文件，將無限單元部分的單元類型改為CIN3D8
如果沖擊光斑為圓形光斑，網(wǎng)格細化至50微米，如果為方向光斑，網(wǎng)格100微米
圓形光斑在空間表現(xiàn)為高斯分布，表現(xiàn)為從中心區(qū)域到邊緣沖擊載荷逐漸變小。
</p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31);"> </span>③流體單元、無限單元、彈簧單元、質(zhì)量單元、阻尼單元以及旋轉(zhuǎn)慣性單元不能進行數(shù)據(jù)傳遞。
Actran提供了一個豐富的材料模型庫、一個包含無限單元的完整單元庫、解決大型問題的高性能解決方案和一個用戶友好的GUI。Actran具有模塊化的特性，可以根據(jù)您的應用程序和需求進行部署。
（2）在inp文件里對無限單元進行單元屬性及編號的改變，需要注意無限單元的方向，在二維無限單元中，前兩個節(jié)點所組成直線中點A與后兩個節(jié)點所組成直線中點B，無限單元的方向就是A指向B的方向，如圖1，二維無限元的方向是朝下；在三維無限單元中，前四個節(jié)點所組成平面的中心點C與后四個節(jié)點所組成平面的中心點D，無限單元的方向就是C指向D的方向，如圖1，三維無限單元的方向朝右。
半徑為 20m、高度為 3m 的水庫中，半徑為 0.5m 的井的幾何模型，其周圍是一個無限的單元域。
使用無限元是為了使我們可以在離井很遠的地方施加壓力而不增加建模域。這里顯示的幾何圖形將井解析為一個圓柱形的表面。為了能夠應用邊界條件，必須將井的圓柱體從儲層中切割出來。另外，也可以使用質(zhì)量通量的邊條件，但前提是我們要應用質(zhì)量通量而不是壓力。
耗散能（電流引起）
ALLIE 總應變能
ALLIE = ALLSE + ALLPD + ALLCD + ALLAE + ALLQB + ALLEE + ALLDMD
ALLSE 應變能(可恢復)
ALLPD 耗散能（塑性變形引起）
ALLCD 耗散能（粘彈性、蠕變、膨脹引起）
ALLAE 偽應變能
ALLQB 耗散能（無限單元引起
Abaqus為了用戶便于區(qū)分無限元和常規(guī)單元，將無限元設置為僅顯示三條單元邊，需要注意的是，即使是無限元，也需要在相應的節(jié)點上施加對稱約束。
有限元基礎編程——桿單元（附Matlab源碼）
引言
”有限的單元，無限的能力“這句話來自清華大學有限元分析公開課曾攀老師的開課語。想要學好有限元這門課，不光要理解理論公式的由來及簡單手酸，更要結(jié)合實際應用。
軟件優(yōu)勢
基于通用的有限單元和無限單元的建模環(huán)境，具有完備的結(jié)構(gòu)單元庫、材料庫、邊界條件和求解方法
支持頻率自適應網(wǎng)格自動生成
支持并行計算提高仿真效率
支持與上游結(jié)構(gòu)有限元軟件，如Nastran、Abaqus、Ansys等進行鏈式仿真，有序集成多個學科，提高整體仿真的準確性
支持求解高速、強對流區(qū)域的聲傳播、超大規(guī)模聲學域的仿真問題
