單元選擇
關(guān)注創(chuàng)建者：呆_ABAQUS 創(chuàng)建時(shí)間：2020-10-23
單元選擇的視頻教程
Abaqus仿真計(jì)算中的單元選擇
ABAQUS為用戶提供了豐富的單元庫(kù)，幾乎可以模擬實(shí)際工程中任意幾何形狀的有限元模型，在對(duì)一個(gè)問題進(jìn)行分析時(shí)，可以根據(jù)情況選擇使用。 如何才能選取出適合于分析的單元類型呢？本次分享首先介紹ABAQUS中對(duì)于單元的分類，每種單元特定的使用范圍，各種單元類型的節(jié)點(diǎn)數(shù)目、單元形狀、插值函數(shù)階次以及單元構(gòu)造的方式。然后再根據(jù)幾何類型、分析類型和具體問題進(jìn)行講解。
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選擇積分與 Abaqus 梁單元內(nèi)核
首先討論選擇積分與降階積分的理論爭(zhēng)議（Bathe vs 王勖成），分析零能模式與剪切鎖死的數(shù)學(xué)機(jī)制。隨后通過 Timoshenko 梁經(jīng)典例題，對(duì)比經(jīng)典梁、精確積分與縮減積分三種結(jié)果，解釋 25% 誤差來源。接著深入 Abaqus 梁單元理論，介紹中心線描述、變形梯度分解、四元數(shù)大轉(zhuǎn)動(dòng)更新及虛功方程。最后說明普通梁、開口薄壁梁與混合梁單元的選型邏輯，并引入張量分析基礎(chǔ)。
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Abaqus從入門到精通-大型有限元程序的理論與工程實(shí)例應(yīng)用（64學(xué)時(shí)）
空間問題及單元選擇 探討三維空間問題的有限元分析，并重點(diǎn)講解如何選擇適合的單元類型進(jìn)行建模。 軸對(duì)稱問題及inp文件 介紹軸對(duì)稱問題的建模與求解，并詳細(xì)講解ABAQUS中的inp文件格式和編寫技巧。 板殼問題有限元法 講解板殼結(jié)構(gòu)的有限元建模方法，涵蓋薄板理論、殼單元選擇及其分析應(yīng)用。
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單元選擇的實(shí)例教程
下面是有關(guān)ANSYS分析中的單元選擇方法：
一、單元類型選擇概述：
ANSYS的單元庫(kù)提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數(shù)幾個(gè)單元上；
單元類型選擇方法：
1.設(shè)定物理場(chǎng)過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場(chǎng)涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據(jù)模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結(jié)構(gòu)則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據(jù)模型結(jié)構(gòu)的空間維數(shù)細(xì)化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對(duì)話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據(jù)結(jié)構(gòu)的維數(shù)繼續(xù)縮小單元類型選擇的范圍；
三、單元類型選擇方法
4.確定單元的大類之后，又是也可以根據(jù)單元的階次來細(xì)分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時(shí)有四種單元類型：Quad 4node 42 Quad4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
四、單元類型選擇方法
5.根據(jù)單元的形狀細(xì)分單元的小類，如對(duì)三維實(shí)體，此時(shí)則可以根據(jù)單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
五、單元類型選擇方法
6.根據(jù)分析問題的性質(zhì)選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時(shí)有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據(jù)分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對(duì)稱的問題則用“Beam54”。
展開 如果想要以合理的費(fèi)用得到高精度的結(jié)果，那么正確的選擇單元是非常關(guān)鍵的。對(duì)于ABAQUS經(jīng)驗(yàn)豐富的使用者，毫無疑問都會(huì)自己的單元選擇指南來處理各種具體的應(yīng)用。但是，在剛開始使用ABAQUS時(shí)，下面的指導(dǎo)是非常有用的。
1、 實(shí)體單元選擇
以下單元選擇的建議適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit：
（1） 盡可能的減小網(wǎng)格的扭曲。使用扭曲的線性單元的粗糙網(wǎng)格會(huì)得到相當(dāng)差的結(jié)果。
（2） 對(duì)于模擬網(wǎng)格扭曲過分嚴(yán)重的問題，應(yīng)用網(wǎng)格細(xì)劃的線性、減縮積分單元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R等）。
（3） 對(duì)三維問題應(yīng)盡可能地采用六面體單元。它們以最低的成本給出最好的結(jié)果。當(dāng)幾何形狀復(fù)雜時(shí)，采用六面體單元劃分網(wǎng)格可能是非常困難的，因此，還需要楔形和四面體單元。這些單元（C3D4和C3D6）的一階模式是較差的單元（需要細(xì)劃網(wǎng)格以取得較好的精確度）。
（4） 某些前處理器包含了自由劃分網(wǎng)格算法，用四面體單元劃分任意幾何體的網(wǎng)格。對(duì)于小位移無接觸的問題，在ABAQUS/Standard中的二次四面體單元（C3D10）能夠給出合理的結(jié)果。這個(gè)單元的另一種模式是修正的二次四面體單元（C3D10M），它適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，對(duì)于大變形和接觸問題，這種單元是強(qiáng)健的，展示了很小的剪切和體積自鎖。但是，無論采用何種四面體單元，所用的分析時(shí)間都長(zhǎng)于采用了等效網(wǎng)格的六面體單元。
展開 如果想要以合理的費(fèi)用得到高精度的結(jié)果，那么正確的選擇單元是非常關(guān)鍵的。對(duì)于ABAQUS經(jīng)驗(yàn)豐富的使用者，毫無疑問都會(huì)自己的單元選擇指南來處理各種具體的應(yīng)用。但是，在剛開始使用ABAQUS時(shí)，下面的指導(dǎo)是非常有用的。
1、 實(shí)體單元選擇
以下單元選擇的建議適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit：
（1） 盡可能的減小網(wǎng)格的扭曲。使用扭曲的線性單元的粗糙網(wǎng)格會(huì)得到相當(dāng)差的結(jié)果。
（2） 對(duì)于模擬網(wǎng)格扭曲過分嚴(yán)重的問題，應(yīng)用網(wǎng)格細(xì)劃的線性、減縮積分單元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R等）。
（3） 對(duì)三維問題應(yīng)盡可能地采用六面體單元。它們以最低的成本給出最好的結(jié)果。當(dāng)幾何形狀復(fù)雜時(shí)，采用六面體單元劃分網(wǎng)格可能是非常困難的，因此，還需要楔形和四面體單元。這些單元（C3D4和C3D6）的一階模式是較差的單元（需要細(xì)劃網(wǎng)格以取得較好的精確度）。
（4） 某些前處理器包含了自由劃分網(wǎng)格算法，用四面體單元劃分任意幾何體的網(wǎng)格。對(duì)于小位移無接觸的問題，在ABAQUS/Standard中的二次四面體單元（C3D10）能夠給出合理的結(jié)果。這個(gè)單元的另一種模式是修正的二次四面體單元（C3D10M），它適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，對(duì)于大變形和接觸問題，這種單元是強(qiáng)健的，展示了很小的剪切和體積自鎖。但是，無論采用何種四面體單元，所用的分析時(shí)間都長(zhǎng)于采用了等效網(wǎng)格的六面體單元。
（5） 對(duì)于ABAQUS/Standard求解器，除非需要模擬非常大的應(yīng)變或者模擬一個(gè)復(fù)雜的、接觸條件不斷變化的問題，對(duì)于一般的分析工作，應(yīng)采用二次、減縮積分單元（CAX8R，CPE8R，CPS8R, C3D20R等）。
展開 一、不同單元連接
一般來說，按“桿梁殼體”單元順序，只要后一種單元的自由度完全包含前一種單元的自由度，則只要有公共節(jié)點(diǎn)即可，不需要約束方程，否則需要耦合自由度與約事方程。例如：
（1）桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可，不需要約束方程。
（2）梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)怒可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數(shù)目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是
虛的自由度，也不妨礙二者之間的關(guān)系，這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
（3）梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
（4）殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
例如：
桿與梁、殼、體單元有公共節(jié)點(diǎn)即可，不需要約束方程。
梁與殼有公共節(jié)點(diǎn)即可，也不需要約束寫約束方程；殼梁自由度數(shù)目相同，自由度也相同，盡管殼的rotz是虛的自由度，也不妨礙二者之間的關(guān)系，這有點(diǎn)類同于梁與桿的關(guān)系。
梁與體則要在相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
殼與體則也要相同位置建立不同的節(jié)點(diǎn)
，然后在節(jié)點(diǎn)處耦合自由度與施加約束方程。
二、單元的選擇
初學(xué)ANSYS的人，通常會(huì)被ANSYS所提供的眾多紛繁復(fù)雜的單元類型弄花了眼，如何選擇正確的單元類型，也是新手學(xué)習(xí)時(shí)很頭疼的問題。
單元類型的選擇，跟你要解決的問題本身密切相關(guān)。在選擇單元類型前，首先你要對(duì)問題本身有非常明確的認(rèn)識(shí)，然后，對(duì)于每一種單元類型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有多少個(gè)自由度，它包含哪些特性，能夠在哪些條件下使用，在ANSYS的幫助文檔中都有非常詳細(xì)的描述，要結(jié)合自己的問題，對(duì)照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當(dāng)?shù)?em>單元類型。
1.該選桿單元（Link）還是梁單元(Beam)？
這個(gè)比較容易理解。桿單元只能承受沿著桿件方向的拉力或者壓力，桿單元不能承受彎矩，這是桿單元的基本特點(diǎn)。
展開 在做熱-應(yīng)力分析時(shí)，由于單元的選擇不合適，或網(wǎng)格布置不合適，常會(huì)產(chǎn)生不真實(shí)的結(jié)果。因此，需要結(jié)合實(shí)際謹(jǐn)慎選擇。同時(shí)，對(duì)熱-應(yīng)力分析的模型網(wǎng)格劃分，還有如下建議：
（1）溫度梯度很大的區(qū)域應(yīng)適當(dāng)加密網(wǎng)格，以精確捕捉產(chǎn)生的熱應(yīng)變梯度。
（2）為了避免結(jié)構(gòu)的過約束,在單元選擇和邊界條件施加時(shí)應(yīng)特別小心。
上述內(nèi)容不僅適合于順序熱-應(yīng)力分析以及絕熱分析，也適合于完全耦合分析中的溫度-位移耦合分析。
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單元選擇的最新內(nèi)容
考慮熱源的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器7小時(shí)前
以熱源為例，在交互界面上，我們通過視口選擇單元，指定其體熱功率。那么前端數(shù)據(jù)在生成求解器輸入的時(shí)候，就要告知求解器所有單元的編號(hào)和其對(duì)應(yīng)的體熱功率。
當(dāng)求解器拿到單元編號(hào)以后，就需要索引或者計(jì)算其面積，并根據(jù)單元三個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，將功率加到載荷列陣對(duì)應(yīng)的位置。
驗(yàn)證
設(shè)計(jì)案例如下，區(qū)域外部為20℃空氣，對(duì)流換熱系數(shù)取5W/(m2K)，時(shí)間總長(zhǎng)18000s，每步時(shí)間間隔60s。
主要特性：
檢索任意節(jié)點(diǎn)或單元選擇的內(nèi)部或外部載荷
通過坐標(biāo)系、節(jié)點(diǎn)選擇方法和顯示模式（例如節(jié)點(diǎn)求和、角點(diǎn)結(jié)果或整體匯總）自定義計(jì)算
使用清晰、井然有序的表格和圖將力和力矩可視化
示例：使用Freebodies功能對(duì)作用于船舶結(jié)構(gòu)特定組件上的力進(jìn)行分析，確保關(guān)鍵連接在各種載荷條件下的完整性。
在透鏡單元設(shè)計(jì)中選擇“反射棱鏡”，由于有些了解的參數(shù)與玻璃材料有關(guān)，必須先選擇玻璃材料，接著界面內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)反射棱鏡框供選擇棱鏡代號(hào)。選擇棱鏡代號(hào)后會(huì)自動(dòng)計(jì)算出棱鏡光軸展開長(zhǎng)度（中心厚度）在參數(shù)表內(nèi)顯示。棱鏡設(shè)計(jì)完畢。
每個(gè)單元包含五道選擇題和一道完整的自由題，逐步解決。理想情況下，學(xué)生應(yīng)在考試前7周開始學(xué)習(xí)這門課程，留一周時(shí)間全面學(xué)習(xí)每個(gè)單元，另加一周復(fù)習(xí)時(shí)間。如有需要，學(xué)生也可以作為臨時(shí)復(fù)習(xí)，在一天內(nèi)涵蓋每套課程。課程涵蓋了所有考試必備的主要概念、公式和圖表。
如何提高模擬分析的準(zhǔn)確性-網(wǎng)格篇1個(gè)月前
單元邊長(zhǎng)的選擇：
-可優(yōu)先按自動(dòng)邊長(zhǎng)畫網(wǎng)格，檢查網(wǎng)格是否達(dá)到需求，否則加密重新劃分。
-邊長(zhǎng)不大于產(chǎn)品的平均壁厚
-確保平均縱橫比小于 3，最大縱橫比小于 20
合適的網(wǎng)格密度--關(guān)鍵區(qū)域必須最小要有3排網(wǎng)格。
Ansys Zemax | 如何傾斜和偏心序列光學(xué)元件1個(gè)月前
但是，OpticStudio可以輕松實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，只需單擊第二個(gè)CB的Decenter Y的求解單元格，然后選擇一個(gè)拾取求解將值鎖定到第一個(gè)CB，如下所示：
使用 Decenter X 和傾斜參數(shù)執(zhí)行此操作，但此時(shí)將兩個(gè) CB 的順序標(biāo)志保留為 0。（這是一個(gè)錯(cuò)誤，但我們將在下面中看到原因）。
ansys apdl 動(dòng)力學(xué)分析案例1個(gè)月前
材料1的密度
選擇這兩個(gè)單元的原因：
選擇此單元是因?yàn)閷?duì)于涉及非線性本構(gòu)行為的問題來說，它的計(jì)算成本相對(duì)較低。也有使用CAX6M三角形單元類型來模擬坯料的，2種單元區(qū)別對(duì)比如下：
材料
假設(shè)用于坯料的材料模型依據(jù) Lippmann (1979) 給出。其楊氏模量為 200 GPa，泊松比為 0.3，密度為 7833 kg/m3。
[案例]薄壁彎管在內(nèi)壓和彎矩作用下的彈塑性坍塌分析1個(gè)月前
單元選擇： 主體使用減縮積分殼單元（如S8R5或S4R）來模擬薄壁管道結(jié)構(gòu)。
步驟 2：創(chuàng)建部件
分別創(chuàng)建代表直管段和90度彎管段的殼體部件。或一體的彎管部件。
幾何尺寸需嚴(yán)格按照案例提供的圖紙進(jìn)行。關(guān)鍵尺寸包括：管道外徑、壁厚、彎管中心線半徑等。
步驟 3：定義材料屬性
材料模型： 定義彈塑性材料。楊氏模量 E = 193MPa，泊松比u= 0.264。名稱為PIPE。
2mm
混合網(wǎng)格
常規(guī)
鉸鏈座
四面體
2mm
1mm
二階單元
精度要求高
操作步驟：
在“網(wǎng)格”菜單中，選擇“2D網(wǎng)格劃分”
在彈出的“網(wǎng)格劃分參數(shù)”對(duì)話框中：
設(shè)置全局尺寸：5mm
勾選“曲率自適應(yīng)”，曲率角閾值30°
勾選“鄰近自適應(yīng)”，最小間距2mm
單元類型選擇
