實體單元；殼單元
關(guān)注創(chuàng)建者：博集華仿 創(chuàng)建時間：2019-09-15
實體單元；殼單元的視頻教程
基于Rhino+hypermesh+Abaqus聯(lián)合仿真模擬型鋼混凝土懸挑轉(zhuǎn)換梁受力分析（實體單元+殼單元+梁單元）
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ABAQUS初級案例——實體單元、殼單元、梁單元建模方法詳解
本課程通過簡支工字形鋼梁詳細(xì)講解了ABAQUS中實體單元模型、殼單元模型、梁單元模型的建立方法，對比了不同單元建模的操作方法及不同模型的計算速度與計算結(jié)果。 圖1.實體單元模型 圖2.殼單元模型 圖3.梁單元模型 購買課程后請關(guān)注公眾號獲取最新課程咨詢及免費答疑，同時下載相關(guān)附件以供練習(xí)。
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ABAQUS喵星人教你學(xué)會鋼筋混凝土殼單元的前處理與后處理
板殼力學(xué)及殼單元通常應(yīng)用于一個方向尺寸遠(yuǎn)小于另外兩個方向（通常不超過1/5）的結(jié)構(gòu)。由于其采用了Kirchhoff板假定，在此情況下相比實體單元，殼單元形函數(shù)更加逼近實際情況，其計算精度與計算代價均優(yōu)于實體單元。 ABAQUS提供了鋼筋混凝土板配筋的接口，這種建模方法通常比較冷門且后處理相對不主流，今天喵星人就通過一個視頻教你學(xué)會鋼筋混凝土殼單元的前處理與后處理。
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實體單元；殼單元的實例教程
實體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見的問題。即使兩種單元之間共節(jié)點，但單元之間不連續(xù)（實體單元每個節(jié)點有3個平動自由度，而殼單元每個節(jié)點有3個平動自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度），對于兩種單元之間面面接觸，可直接定義剛域，本文主要采用MPC法對實體-殼單元的連接方法進(jìn)行說明。
1 單元類型
算例模型中，實體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節(jié)點。對于兩種單元之間的連接，通過目標(biāo)單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現(xiàn)，定義約束為實體-殼約束，接觸單元為MPC算法，接觸類型為綁定接觸。
2 有限元模型和綁定接觸
圖1 底部固定約束，殼單元施加均布荷載
圖2 目標(biāo)單元和接觸單元
3 計算結(jié)果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內(nèi)容為相關(guān)命令流。
展開 首先，用composite layup工具直接為復(fù)合材料層合板建模，是ABAQUS的一個快捷的工具，其中包括三種單元類型：殼單元、實體殼單元、實體單元。如下圖：
首先對于傳統(tǒng)的殼單元則模型是一個平面，只能是一層單元了，這個是毫無疑問的了。而對于實體殼，其實是三維單元，只不過它采用了傳統(tǒng)殼的本構(gòu)模型；實體單元當(dāng)然是三維的了。
若采用后面兩種單元，如果在Edit Composite Layup中選擇Region的時候直接對實體部件進(jìn)行選擇，如果在在厚度上只有一層單元，這樣是沒有問題的。如果是兩層以上，那么在每一層單元上都會賦予在Composite Layup中所有的鋪層，也就是說這時候就重復(fù)了，所以在幫助文件里說如果在厚度上單元多于一個就會出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的結(jié)果。
但是這并不是說在厚度方向（即復(fù)合材料的疊層方向）上只能劃分一層單元，如果層合板太厚，就會影響結(jié)果的精度。其實在厚度上可以劃分多余一層的單元，方法如下：
首先要計算好在厚度上要劃分幾層單元，建議不要太多，會帶來很大的麻煩，對結(jié)果也沒有太大的幫助，例如，厚度為10，每一復(fù)合材料單層的厚度為2（當(dāng)然每一層不一定相等），共5層，我在厚度上劃分兩層單元，第一層上有兩個復(fù)合材料單層，厚度共為4,；第二層單元有3個復(fù)合材料單層，厚度共為6。這樣首先我在部件實體上劃分單元，由于這里的單元邊長不一樣，為了精確劃分，使用下圖中的邊撒種子偏心（seed edge：Biased），當(dāng)然如果均等就沒有必要這樣劃分了，可以直接撒種子個數(shù)。這樣劃分出如下圖中的網(wǎng)格。
首先為兩層單元分別建立composite layup，在Region里選擇的時候一定不要再直接選擇實體了，而是要選擇一層的單元。分別為其選擇相應(yīng)一層的單元，這樣就ok了。
用不同分層方法算了一個簡單例子（見附件），運算結(jié)果區(qū)別較大，大家認(rèn)為哪一個比較精確？
展開 寫在前文
在有限元分析中，單元類型的選擇對計算結(jié)果的精度和效率有著決定性影響，尤其對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和薄壁結(jié)構(gòu)的分析更是如此。
Abaqus 作為主流的有限元分析軟件，提供了多種固體殼單元類型以滿足不同工程需求。連續(xù)實體殼單元 (CSS8)、非協(xié)調(diào)元 (C3D8I) 和連續(xù)殼單元 (SC8R) 是 Abaqus 中常用于復(fù)合材料和薄壁結(jié)構(gòu)分析的三種單元類型，各自具有獨特的理論基礎(chǔ)和適用場景。
相關(guān)閱讀：
【JY】Abaqus殼單元概述與應(yīng)用（一）
除了上述采用類實體單元的“殼”單元外，還有完全的殼單元，如S4R 單元，是 Abaqus 中最常用的常規(guī)殼單元之一，為 4 節(jié)點減縮積分殼單元，基于經(jīng)典殼理論，適用于各類薄壁結(jié)構(gòu)的線性與非線性分析，尤其在大變形和接觸問題中表現(xiàn)穩(wěn)定，將該單元作為對比基準(zhǔn)，對上述實體類“殼”單元進(jìn)行對比分析。
本文旨在對這三種單元類型進(jìn)行深入比較研究，從理論基礎(chǔ)、自由度、材料本構(gòu)、積分方案、閉鎖敏感性、計算成本等多個維度展開分析，為工程實踐中的單元選擇提供參考。特別是針對復(fù)合材料分析、金屬薄壁結(jié)構(gòu)模擬以及混合建模等應(yīng)用場景，探討這三種單元的適用性差異，并分析它們在幾何非線性情況下的計算成本和精度表現(xiàn)。
單元類型基本原理與特點
2.1 連續(xù)實體殼單元 (CSS8)
連續(xù)實體殼單元 (CSS8) 是一種介于 C3D8I (非協(xié)調(diào)元) 和 SC8R (連續(xù)殼單元) 之間的特殊一階單元，由 Vu-Quoc 和 Tan 于 2003 年提出，后集成于 SIMULIA 2017 及以后的版本。它是一種三維單元，具有以下基本特點：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節(jié)點六面體單元，僅有位移自由度 (無轉(zhuǎn)動自由度，與實體單元一致)，與實體單元混合建模時易于處理連接過渡。
展開 摘要：在LS-DYNA分析中經(jīng)常會使用實體單元與殼體單元以滿足不同部位的分析要求，這就存在殼與實體單元連接時自由度不匹配的問題。本文詳述三種不同的連接方法案例。如果不需要傳遞轉(zhuǎn)動可以使用合并節(jié)點法和約束法，合并節(jié)點法要求節(jié)點重合，計算效率最高，約束法不要求節(jié)點重合。接觸法可以傳遞轉(zhuǎn)動，接觸法使用最為靈活，消耗的計算資源較多。
殼體單元的每個節(jié)點只有３個沿著x、y和z方向的平動自由度UX、UY、UZ；在實體單元中，每個節(jié)點具有六個自由度：沿x、y 和z方向的平動自由度UZ、UY、UZ以及繞X、Y和Z軸的轉(zhuǎn)動自由度TOTX、TOTY、ROTZ。當(dāng)實體單元和殼單元連接在一起共同工作時，即存在自由度不協(xié)調(diào)問題。
案例部分分為四步，第一步建立沒有連接的模型，后三步都是在第一步模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行連接。具體操作視頻請在技術(shù)鄰搜索“李安民”，關(guān)注我，收看視頻。
1.1 模型建立
1.1.1 幾何模型
Geometry->Solid->Box，在Creat Box對話框或者圖形視口（Graphics Viewport）輸入實體單元尺寸，如果所示，點擊Apply關(guān)閉完成長方體。
Geometry->Surface->Plane，在Create Plane輸入如下圖所示的參數(shù)，點擊Appley生成平面。
1.1.2 網(wǎng)格劃分
FEM->Element and Mesh->Solid Mesher對實體網(wǎng)格劃分，填入Elem Size為0.5，點擊Try Meshing Automatically，若不滿意可以點擊Reject拒絕，再從新調(diào)整尺寸等參數(shù)，確認(rèn)無誤，點擊Accept。
展開 一、目標(biāo)
1、實體單元鋪層過程
2、對比復(fù)材殼單元與實體單元模擬結(jié)果
二、實例說明
1、材料參數(shù)：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、生成實體單元，查看層間應(yīng)力、失效情況
三、仿真過程
前面步驟與實例1一樣
鋪層結(jié)束后在ACP（pro）界面生成實體
若為多結(jié)構(gòu)產(chǎn)品鋪層，需連接處需填充樹脂，模擬成型固化后樹脂填充。
shell normal殼單元法向填充，不改變反向，
surface normal填充方式為新生成實體單元的法向改變下一層實體單元拉伸方向
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四、結(jié)果對比
1、從結(jié)果看，厚2.4mm，殼單元與實體單元分析結(jié)果差異較小；
2、厚度9.6mm，屬于大變形范圍，殼單元與實體單元應(yīng)力差異較大，變形差異較小；
3、此實例結(jié)果僅供參考，實際過程產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不會這么簡單，存在實心區(qū)域，蜂窩結(jié)構(gòu)，金屬件與復(fù)材搭接，復(fù)材變截面等結(jié)構(gòu)，整理來說，厚度較薄時可采用薄殼單元處理。
展開 
實體單元；殼單元的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
實體單元；殼單元的最新內(nèi)容
對于板殼結(jié)構(gòu)，由于其采用了Kirchhoff板假定，在此情況下相比實體單元，殼單元形函數(shù)更加逼近實際結(jié)構(gòu)，其計算精度與計算代價均優(yōu)于采用實體單元。
2、由于采用Kirchhoff板假定，即忽略混凝土板中鋼筋的粘結(jié)滑移行為，因此在精細(xì)化的鋼筋混凝土滯回模型中通常不再適用。
隨著復(fù)合材料和輕量化設(shè)計的普及，傳統(tǒng)殼單元和實體單元在模擬復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)時面臨著精度與效率的平衡問題。連續(xù)實體殼單元 (Continuum Solid Shell Elements) 作為一種新興單元類型，旨在結(jié)合實體單元和殼單元的優(yōu)勢，為工程師提供更高效、更精確的解決方案。
與傳統(tǒng)實體單元相比，擬協(xié)調(diào)固體殼單元在相同精度下可減少 60% 的計算時間。
土木工程
進(jìn)行薄殼地震作用、風(fēng)荷載響應(yīng)分析中，單元能有效模擬殼體的振動與失穩(wěn)，為結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)設(shè)計提供依據(jù)。且單元計算的共振頻率與實測值偏差小于 2%。
補(bǔ)充EAS與ANS概念原理
在計算力學(xué)領(lǐng)域，殼單元的精度與效率始終是研究者關(guān)注的核心。
單元類型基本原理與特點
2.1 連續(xù)實體殼單元 (CSS8)
連續(xù)實體殼單元 (CSS8) 是一種介于 C3D8I (非協(xié)調(diào)元) 和 SC8R (連續(xù)殼單元) 之間的特殊一階單元，由 Vu-Quoc 和 Tan 于 2003 年提出，后集成于 SIMULIA 2017 及以后的版本。
2 殼單元選擇策略與應(yīng)用場景
2.1 殼單元與實體單元的選擇比較
在決定使用殼單元還是實體單元時，應(yīng)考慮以下因素：
結(jié)構(gòu)幾何特征：殼單元適用于模擬有一維尺寸（厚度）遠(yuǎn)小于另外兩維尺寸，且垂直于厚度方向的應(yīng)力可以忽略的結(jié)構(gòu)。如果結(jié)構(gòu)的厚度與其他尺寸相比并不顯著較小，或者需要考慮厚度方向的應(yīng)力分布，則應(yīng)考慮使用實體單元。
圖1子午線輪胎結(jié)構(gòu)分布圖
目前不少工作對輪胎的建模通常采用軸對稱單元，在充氣后通過修改INP文件將輪胎置于路面上令其滾動觀察響應(yīng)，三維實體單元的輪胎建模方法可見ABAQUS三維輪胎充氣滾動案例_輪胎仿真 ABAQUS-技術(shù)鄰，本文介紹一種采用殼單元對輪胎進(jìn)行建模的方法，相比三維實體，殼單元的計算速度更快，建模方式更簡便，但相對的殼單元的計算精度與模擬的準(zhǔn)確性上有時會不太理想。
LS-PrePost中顯示殼單元厚度10個月前
對于ShellThickness
如果勾選了ShellThickness，會覆蓋原壁厚。
翹曲殼單元的算法公式選擇11個月前
<p>ELFORM=2</p><p>Belytschko-Tsay 殼單元，<strong>缺省的殼單元公式</strong>，面內(nèi)<strong>單點積分</strong>，計算速度很快，通常對于大變形問題是最穩(wěn)定有效的公式。采用 Co-rotational 應(yīng)力更新，單元坐標(biāo)系統(tǒng)置于單元中心，基于平面單元假定，所以<strong>對于翹曲的幾何體不適用（容易負(fù)體積）</strong>，參考 BWC
<p>仿真是一種追求逼近真實情況的手段。</p><p><br></p><p>從高中物理的簡化小球為質(zhì)點，到"質(zhì)點——梁"模型，再到結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)，再到仿真，將現(xiàn)實情況不同程度的簡化，是一個自然的思路。</p><p><br></p><p>對于有限元法來說，很多人將現(xiàn)實情況簡化為二維，有些人簡化為三維。</p><p><br></p><p>殼單元就是介于二維和三維之間的，考慮單元高度（即單元厚度），但是又常常忽略高度的一種單元
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