C3D8I
關注創建者：瑞 創建時間：2021-01-07
C3D8I的實例教程
在彎曲位移方面，C3D8I 精度最高（誤差 < 2%），其次是 CSS8（誤差 < 3%），SC8R 和 S4R 誤差略高（約 4%）。
在大變形位移方面，殼單元（SC8R、S4R）表現更好，誤差約 3%，而實體類單元（CSS8、C3D8I）誤差略高（3-5%）。
在后屈曲位移方面，殼單元（特別是 S4R）表現最佳（誤差 < 3%），而 C3D8I 誤差高達 8%，不適合后屈曲分析。
總體而言，S4R 單元在位移精度方面表現最為均衡，平均誤差最小（<2.75%）；而 C3D8I 在彎曲位移方面精度最高，但在大變形和后屈曲分析中表現較差。
2. 應力精度對比
在應力計算精度方面，四種單元的表現存在顯著差異，特別是在厚度方向應力和層間應力方面。
單元類型
面內應力精度
厚度方向應力精度
層間應力精度
最大主應力精度
適用應力分析類型
關鍵區別：
厚度方向應力：只有 CSS8 和 C3D8I 能夠計算厚度方向應力（如 σ?、τ??、τ??），且精度較高（誤差 < 7%）；而 SC8R 和 S4R 基于殼理論，無法計算厚度方向應力。
層間應力：同樣，只有 CSS8 和 C3D8I 能夠準確計算復合材料層合結構的層間應力，誤差約 5-7%；殼單元無法提供層間應力信息。
面內應力：四種單元在面內應力（如 σ?、σ?、τ??）計算方面精度相當，誤差均小于 5%。
最大主應力：C3D8I 的最大主應力計算精度最高（誤差 < 3%），其次是 CSS8（誤差 < 5%），殼單元誤差約 5%。
展開 這使得 CSS8 單元能夠準確模擬材料在三維空間中的力學行為，特別是厚度方向的應力分布。
積分方案：CSS8 單元采用完全積分(2×2×2 高斯積分)，無沙漏問題，由于實體殼單元在彎曲主導問題中可能出現剪切閉鎖現象。為解決這一問題，Abaqus 中的連續實體殼單元采用增強擬應變法 (EAS) 來改善面內和面外彎曲行為，采用假設自然應變法 (ANS) 來改善剪切閉鎖和厚度閉鎖[。
局部坐標系定義：在 CSS8 單元中，局部坐標系的 3 方向需垂直于單元中面。在橫向剪切變形顯著時，該方向可能偏離法線方向，需在建模時預先考慮。值得注意的是，在幾何非線性分析中，局部方向將隨著每個材料點的旋轉而旋轉。
后期將詳細為大家解析該類單元，敬請期待！
2.2 非協調元 (C3D8I)
非協調元 (C3D8I) 是 Abaqus 中另一種常用的實體單元，屬于線性完全積分單元的改進版本，具有以下特點：
非協調元的理論基礎：C3D8I 單元是一種不滿足協調條件但仍然可以收斂到真實解的單元。它可以看成是對等參數單元的一種改進，目的在于在計算量增加不多的情況下，使單元的實際精度有所改善。
自由度與變形描述：C3D8I 單元在一階單元中引入一個增強單元變形梯度的附加自由度，這種對變形梯度的增強允許一階單元在單元域上對于變形梯度有一個線性變化。這使得 C3D8I 單元能夠更好地捕捉彎曲變形，克服了線性完全積分中的剪切鎖死問題。
積分方案：C3D8I 采用完全積分方案，在每一個方向上采用 2 個積分點，三維單元 C3D8I 在單元中采用了 2×2×2 個積分點。與完全積分的線性單元相比，C3D8I 單元由于引入了非協調模式，能夠更準確地模擬彎曲變形。
性能特點：C3D8I 單元克服了剪切鎖死問題，在單元扭曲比較小的情況下，得到的位移和應力結果很準確。
展開 這里做了一個元素類型的比較，分別是continue shell，以及是C3D8I一層、C3D8I兩層，分別加上skin 的元素，skin就是表面membrane元素。可以看到這三種元素設定的方式，在分析的初期，那分析結果都是一樣的，到中間這邊continue shell的表面已經開始達到抗拉強度的時候，某些部分的元素開始壞掉，其他還沒有發生破壞的元素，還可以繼續受力。
在C3D8I+skin里面也是一樣，skin 最外側，所以它一定會先達到抗拉強度，然后其他實體元素的地方，因為積分點在比較內測，所以它的積分點應力值一定還不到抗拉強度，所以它還可以繼續的受力。
分析繼續往下做到后面這一段，可以發現，在continue shell 過程中，它的shell元素會慢慢的被移除，有些還沒有被移除的時候，所以會有一些反力抖動的情況。
如果是C3D8I的元素的話，表面都會先達到破壞，內部還不會達到57。所以他的力誤差就會比較大一些。
因為前面的分析結果，做了一點實用上面的建議。如果你今天是使用continue shell 來做這個brittle cracking的話，最好要把它設定brittle cracking參數，為什么這么說呢？因為他后面會有一些反力抖動的狀況，這時候我們其實可以直接利用積分點的數值看它有沒有超過抗拉強度直接去判斷他有沒有發生破壞就可以，這樣子的話不會發生element distortion問題。我們就直接從這個應力云圖看應力值就好，比較直接。
展開 （此題取材料彈性模量210GPa，泊松比0.3）
網格尺寸
5.7mm
4.5mm
3.5mm
理論解
C3D8R
0.0189027/
4.61692e-003
0.0187379/
4.62691e-003
0.0186489/
4.56487e-003
0.0189/
0.0045
C3D20R
0.0185386/
4.50406e-003
0.0185434/
4.55033e-003
0.0185478/
4.55031e-003
C3D8I
0.0187646/
4.56480e-003
0.0186778/
4.58805e-003
0.018626/
4.57308e-003
注：所有表格中的最大網格尺寸均是默認值。
展開 （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，前兩個節點所組成直線中點A與后兩個節點所組成直線中點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，前四個節點所組成平面的中心點C與后四個節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。View-Assembly Display Option-Mesh-show nodelabels（顯示節點編號），show element labels（顯示單元編號），在mesh模塊中可以看到各個單元的編號和節點的編號，任意找一個單元查看。
在網格顯示中，1號單元的節點編號順序如下圖所示，在此，無限單元的方向是從原點向外，如圖5和6。
展開 
C3D8I的相關專題、標簽、搜索
C3D8I的最新內容
CSS8 單元的計算效率明顯高于 C3D8I，平均快約 45%，這主要得益于其更高效的算法和對薄壁結構的優化。
殼單元（SC8R、S4R）的計算效率顯著高于實體類單元（CSS8、C3D8I），平均快 50-75%，這主要歸功于減縮積分和二維本構關系。
此外，傳統單元在處理不規則網格或畸變網格（如C3D8I）時，精度衰減明顯，難以滿足工程對復雜結構分析的需求。
層間應力預測能力不足
在復合材料層合板分析中，傳統殼單元?；谄矫鎽僭O，忽略厚度方向正應力，無法準確預測層間應力分布，而層間應力集中是導致層合板分層破壞的關鍵因素。
C3D8I 單元的計算成本：
C3D8I 單元的計算成本高于 SC8R 單元但低于高階實體單元。在總結中提到，C3D8I > C3D8，兩者都是完全積分單元，C3D8I 有額外的自由度來更好地捕捉彎曲。C3D8R < C3D8 < C3D8I，C3D8R 表現出沙漏但計算成本低，其余兩個沒有沙漏問題但計算成本更高，因為它們是完全積分的。
非協調模式單元（XXX-I，如C3D8I）：僅在 Abaqus/Standard 中存在，可解決線性完全積分單元的剪切自鎖問題。與其他軟件中的 4 節點四邊形單元或 8 節點六面體單元相似，在 Abaqus 中選用該單元，計算結果與其他軟件有較好的一致性。非協調單元成功克服了剪切自鎖問題，在單元扭曲程度較小時，位移和應力計算結果精確。
建議使用非協調單元（如C3D8I）、一次減縮積分單元（如C3D8R）和修正的二次四面體單元（如C3D10M）。
22) 彈塑性分析與失效分析：ABAQUS/Standard僅在塑性應變較小時能給出準確結果，無法模擬因塑性變形過大導致的破壞過程。對于破壞和失效問題，應使用ABAQUS/Explicit進行分析，并定義適當的失效準則。可根據場變量STATUS的值隱藏失效單元。
Numeig+1):
last_frame = step.frames[frame_index]
#單元類型和VTU轉換關系
abaqus_to_vtu = {
"CAX3" : 5,
"CAX3H" : 5,
"CAX4R" : 9,
"CAX4I" : 9,
"C3D8" : 12,
"C3D8R" : 12,
"C3D8I
個人覺得Wilson首先提出的非協調元（也稱為Bubble項/泡狀函數項，ABAQUS中的C3D8I單元采用了非協調元公式，ANSYS的SOLID185也有該公式）可以看做是EAS方法提出的一個靈感，而Simo的EAS方法更具有普遍性。EAS方法通常與Assumed Natural Strain（ANS）方法一起使用來消除絕大多數鎖死現象，經常應用于實體、實體殼和殼單元中。
如果需要得到應力，可以使用C3D8I (在所關心的部位要讓單元角度盡量接近90度)，如果只關心應變和位移，可以使用C3D8R, 幾何形狀復雜時，可以使用C3D10M。
2、接觸對中的slave surface應該是材料較軟，網格較細的面。
Properites單元類型設置
Properites設置選擇工具欄中Prop，雙擊打開部件屬性，設置TYPE為C3D_,optional1設置為I.因單元為一階六面體，共8各節點，所以最終單元屬性為C3D8I.
2.1 有限元模型的建立
薄鋼板采用Q235鋼，并考慮其實際工作情況，將其視為線彈性，鋼板彈性模量E取2.06×105MPa，泊松比ν取0.3；橡膠本構關系采用Neo-Hookean模型，橡膠剪切模量取0.55MPa，橡膠材料參數C10和D1分別取0.275MPa和0.001MPa；采用六面體單元劃分，薄鋼板采用三維8結點線性六面體非協調單元C3D8I，橡膠材料采用三維8結點線性六面體雜交單元
