中殼的案例
ABAQUS中殼的材料方向
ABAQUS中殼的材料方向
當結構一個方向的尺度（厚度）遠小于其它方向的尺度，并忽略沿厚度方向的應力時，可以用殼單元進行模擬。在ABAQUS中具有兩種殼單元：常規的殼單元和基于連續體的殼單元。
與實體單元不同，每個殼體單元都使用局部材料方向。
1、默認的局部材料方向
局部材料的1和2方向位于殼面內，默認的局部1方向是整體坐標1軸在殼面上的投影，如果整體1軸垂直于殼面，則將整體3方向投影到殼面形成1方向，殼面的正法線方向為3方向，對于殼面內的2方向，利用3x1=2方向（3方向叉積1方向）確定。即局部的1、2、3方向構成右手坐標系。
然而，在更多的情況下，利用默認的局部材料設置并不能順利完成定義，尤其是對于曲面、圓筒等結構，而此時就需要利用其它方法定義合適的材料方向。
2、可變的材料方向
應用局部的直角、圓柱或者球坐標系，可以代替整體坐標系，如下圖所示。定義局部坐標系（x',y',z'）的方向，并使局部坐標軸的方向與材料方向一致。為此，必須先指定一個最接近垂直于殼體的局部軸，以及繞該軸的旋轉量（如果需要）。ABAQUS按照坐標軸的循環順序（1,2,3）及用戶的選擇將坐標軸投影到殼體上，從而構成材料的1方向。例如，如果選擇了x'軸，ABAQUS將y'軸投影到殼體上而構成材料的1方向。由殼法線和材料1方向的叉積來確定2方向。
如果這些局部坐標軸沒有建立理想的材料方向，就需要用到前面設置的繞軸轉動了。在將軸投影前，先按照該轉動量進行轉動，然后投影得到最終的局部材料方向。
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Abaqus中殼單元的選擇
如果一個薄壁構件的厚度遠小于其典型整體結構尺寸（一般為小于1/ 10 ），并且可以忽略厚度方向的應力，就可以用殼單元來模擬此結構。殼體問題可以分為兩類：薄殼問（忽略橫向剪切變形）和厚殼問題（考慮橫向剪切變形）。對于單一各向同性材料，一般厚度和跨度的比值小于1/ 15 時，可以認為是薄殼；大于1/ 15 時，則可以認為是厚殼。對于復合材料，這個比值需要更小一些。
ABAQUS 的殼單元可以有多種分類方法，按照薄殼和厚殼可劃分為：
1)通用目的 (general-purpose) 殼單元：此類單元對薄殼和厚殼問題均有效。
2) 特殊用途 (special-purpose) 殼單元：包括純薄殼(thin-only) 單元和純厚殼(thick-only) 單元。
根據單元的定義方式，還可以將ABAQUS 殼單元劃分為：
1) 常規(conventional) 殼單元：通過定義單元的平面尺寸、表面法向和初始曲率來對參考面進行離散，只能在截面屬性中定義殼的厚度，而不能通過節點來定義殼的厚度。
2) 連續體( continuum) 殼單元：類似于三維實體單元，對整個三維結構進行離散。
選擇殼單元的類型時可以遵循以下原則。
1) 對于薄殼問題，常規殼單元的性能優于連續體殼單元；而對于接觸問題，連續體殼單元的計算結果更加精確，因為它能在雙面接觸中考慮厚度的變化。
2) 如果需要考慮薄膜模式或彎曲模式的沙漏問題，或模型中有面內彎曲，在 ABAQUS/Standard 中使用s4單元 (4 節點四邊形有限薄膜應變線性完全積分殼單元)可以獲得很高的精度。
3) S4R 單元 (4 節點四邊形有限薄膜應變線性減縮積分殼單元)性能穩定，適用范圍很廣。
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abaqus中殼的局部材料方向.pdf
【Ls-dyna】單元應力的坐標系如何定義和選擇？
默認情況下，D3PLOT結果文件中殼單元應力/應變是用全局坐標系表示，而ELOUT、結果文件中殼單元應力/應變是用單元坐標系表示。殼單元坐標系的定義為：N1指向N2為坐標系X軸正向，單元法向為局部坐標系的Z向。當然也有例外，如殼單元庫中單元類型為18、20、21的單元，由于它們只能用于特定的線性分析，因此它們的應力也只可以用全局坐標系表示。而對于大多數的殼單元來說，在LS-Prepost中是可以將D3PLOT中的殼單元應力/應變轉換到殼單元坐標系下的，具體有三種方法。
第一種方法，在LS-Prepost的主菜單Toggle的下拉菜單下，有一個“local Axes”，勾選這個選項，那么單元的應力/應變云圖就可以在單元坐標系下表示。
第二種方法，就是在單元歷史變量窗口下，將E-axes選擇為local，這樣，得到的應力/應變分量就是在單元局部坐標系下相應數值。
第三種方法， 點擊FCOMP，進入云圖顯示狀態Fringe，選擇相應應力/應變分量，然后在下方的Glob按鈕中選擇local，則對應云圖為單元坐標系下云圖。
體單元和厚殼單元、梁單元
殼單元的應力/應變可以在全局坐標系和局部坐標系之間轉換，那么其他單元呢？
默認情況下，D3PLOT和 ELOUT結果文件中，體單元和厚殼單元的應力和應變是用全局坐標系表示，梁單元應力和合力用單元坐標系表示。
如何在材料坐標系下表示應力/應變？
對于由正交各向異性材料構成的殼單元、體單元和厚殼單元，如果*DATABASE_EXTENT_BINARY關鍵字中的CMPFLG設置為1，那么單元的應力和應變是用材料坐標系表示。而通常材料坐標系在單個殼單元的積分點之間是不同，這是由于*SECTION_SHELL關鍵字中定義的beta角不同。
展開 
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列14： 殼的應力方向
本章將簡單介紹一下數學上張量和Abaqus中殼的應力方向，并說明Abaqus這么選取的意義，最后通過自編程序iSolver來驗證殼的應力方向的正確性。
具體的驗證詳見下方視頻（帶配音）：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884 20.14 理論系列文章14：殼的應力方向
1.1 數學上的張量方向
矢量的方向是一定的，但它的分量都是基于某個坐標系定義的，坐標系不同，那么分量結果也會不同。
矢量可以表示為：
顯然，分量和坐標系的選取有關。譬如我們一般的直角全局坐標系如下，那么分量就是普通的x、y、z三個分量值。
和矢量類似，二階張量可以表示如下，當然也可以用一個更簡單的3X3的矩陣表示，顯然，二階張量的分量等也與坐標系的取值有關。
1.2 Abaqus殼的應力方向
Abaqus后處理中殼的應力會輸出S11，S22，S12等分量，分別對應上面二階張量a的a11、a22、a12等分量，其它分量不輸出，這三個量與殼的坐標系的選取密切相關。Abaqus中，在《anlysis user manual 12.1》的29.6.7 Three-dimensional conventional shell element library的Element output說明了殼采用的是局部坐標系，具體定義如下：
S11：Local 11 direct stress.
S22：Local 22 direct stress.
S12：Local 12 shear stress.
（1） local 1（以下稱為T1方向）默認情況下為x方向在表面上的投影。
展開 Hypermesh如何批量創建屬性并賦予給部件？
1.批量創建property：可以利用命令流，例如dyna求解器中殼屬性創建，＊createentity props cardimage=SectShll，多復制幾行在命令欄中粘貼，就可以創建多個屬性，見圖1。其他求解器可以在空文檔進行一個建立屬性的操作，然后點開edit-command file查看命令流。
2.將屬性property批量賦予到component中: 找到Tools-Matrix Browser，依次點擊HMdata，components，點擊Query，框選需要設置的部件，見圖2。
之后點擊第一列，在下面會出現第三欄Datanames，選擇propertyid，點擊Query，之后可以通過excel編輯property編號（填入第一步已經創建的屬性編號），編好后不要關閉excel，直接點擊Matrix就好了，見圖3。
Hypermesh版本2019，如果有更便捷的方法歡迎分享！
展開 塑膠件的結構設計：拔模斜度篇（下）
第二種，為了解決第一種的問題，增加了一個中殼，同時中殼作為裝飾件，整個外觀的層次感強烈了許多，但是增加了一個零件的成本。
第三種，簡潔風格，主體為一個零件，為筒型外觀，側面無拔模，無縫隙，完全保留外觀的原始設計，是時下流行的一種外觀處理方式。
同理，在吹風機行業也是類似情況，前兩種為傳統吹風機，后兩種為目前流行的吹風機，外觀更加簡潔，拆件數少，能一體成型的就不拆件，減小由于拔模對外觀造型的影響。。
更多有關塑膠件一體成型內容請點擊以下文章鏈接查看：Unibody一體成型工藝（塑膠篇）
0度拔模斜度的出模具方式：
對于某些直筒型外觀的產品，為了避免拔模后外觀變得難看，常常設計0度拔模斜度，如下圖產品。
對于這類產品，如果外殼為金屬材質，可以通過鋁擠的方式，可以做到內外壁面0度拔模斜度，如果是塑膠件，內壁面還是需要拔模，外壁面通過左右滑塊出模，但這樣在外觀上就有滑塊夾線，如果需要從外觀上看不出夾線的痕跡，最終的解決方式是打磨后進行了噴油遮蓋。
Apple Pencil一代的0度拔模斜度：
Apple Pencil一代筆桿采用的是塑膠材質，有一長段內外壁面都是0度拔模斜度，度拔模斜度的外壁面的出模可采用上述提到的解決方案，難的是0度拔模斜度的內壁面的出模。
從蘋果公司申請的專利可以了解到具體實現的做法，實際上是使用了一個柔性的模芯，它由兩部分組成，一個柔性帶開口的金屬套筒（FIG. 3），以及一個金屬內芯 （FIG. 5），靠著這個柔性套筒在一定條件下具有彈性形變，讓其可以在 Apple Pencil 的圓柱腔體內抽出。
展開 殼單元在AWB中的應用
2）本論壇中殼單元或梁單元在AWB里面應用的很少，但實際工作中用的很多。
3）希望此例子可以起到一個拋磚引玉的作用，讓大家可以充分利用軟件的資源。
4）還有一個原因就是想在AWB里面做一個此類模型的跌落分析，所以就試了試
『原創』ANSYS中殼單元截面如果能夠自定義該是有限元技術中的一個難點突破!
殼單元是工程實際應用中一種重要的單元形式,能夠解決非常多的實際問題!比如壓力容器,橋梁分析,鋼結構分析,復合材料,汽車,船舶等等!
然而在多年的有限元工程應用中,有一個問題一直都困擾著我,問題描述如下:有一大類薄板結構,其截面是不規則的,如果按照均勻薄板結構來算顯然會有較大出入;若按照梁殼結合,工作量將是非常大,且未必能夠很好的解決!
某突發奇想,如果有限元中能象解決梁截面一樣,在分析中也可以自定義殼截面那改有多好啊!
這個問題我在仿真互動論壇中也發過貼子,在這里希望繼續和大家探討,多交流,看是否還有什么更好的解決辦法!
修模中最常見的修斷差和夾口的問題
另外一種情況是由于在模具加工的各個環節中，都存在著加工誤差，特別是對于非精密模具來說，多道工序累積下來，累積公差就比較大，最終產品出來的時候，夾口就比較明顯，需要修模師傅修夾口，這種情況最特別的就是手機模中殼和車仔外殼，四面包行位，不管如何精確飛模，但夾口仍然都是存在的，可以說這也是手機模面試的時候必考的問題之一，解決方案就是4面行位鑲件做凸臺鎖死在前模仁上，然后一并省模。
下面就說說鉗工師傅是如何修夾口的！
①手工的方法。這種方法在以前加工設備落后，精度不高，成本太貴的情況下，使用較多，目前的加工工藝，盡量采用精密加工代替人工修復，但這種方法仍然是無法替代的。鉗工師傅修模的時候先一面打上白漆，另一面打上紅丹，FIT模之后就觀察白漆面紅丹印上去顏色的深淺程度，憑經驗判斷什么部位需要加膠多少，然后手工打磨，當然打磨的時候手感非常重要，這種打磨技術后期的鉗工師傅可能趕不上早期的鉗工師傅了，憑經驗打磨得差不多了之后，重新裝配好模具，再上啤機打樣，產品打出來后再觀察夾口的修復程度，然后多次重復之前的工序，直到把夾口修到符合客戶要求為止。
②電極的方法。根據需要修夾口的位置，可以選擇使用舊銅公或者重新做銅公，通過二次元或其它設備測量出夾口的平均值，然后平移銅工或者碰數單邊靠，偏心加膠來修夾口。對于要求比較高的產品，可以采用立體銅公（即整體銅公），目的是盡量把外觀和面積大的面整體一起放電，能很好的保證加工誤差的一致性。立體銅工跟普通銅工不同之處在于5個方向都最好加工出來，普通的銅工是三軸加工，立體銅工可以5軸加工，也可以幾個方向分開加工出一個整體銅公。
今天分享就到這里啦！現在有很多學習 UG模具設計的小伙伴越來越多，我會持續分享模具設計的干貨和技術資料，希望你們能在這行業發光發熱。
展開 Abaqus與Dyna電池包沖擊分析結果對比 ￥20
模型設置對比
電池包模型
計算結果對比
對比一：Dyna中不同積分方式及積分點數量對比
Dyna中殼單元積分方式有2種，一種為默認的高斯積分方式，代數精度為2n-1；另一種改進的高斯積分方式Gauss-Lobatto，代數精度為2n-3。所以對于單元形函數階次在3以下的單元，高斯積分在殼單元厚度方向上2個積分點已經能滿足精度要求，而Gauss-Lobatto則需3個以上積分點才能滿足精度要求。需要注意的是，這里的精度僅是積分點位置上的數值精度，而對于殼單元，我們更關注的是殼單元上下表面的數值精度。
不同積分方式積分點位置
對于彈性問題，采用默認積分點數基本能滿足精度要求。
對于彈塑性問題，由于殼單元厚度方向上不再是線性變化，需要更多積分點數來描述殼單元厚度方向上的彈塑性變化狀態，一般需至少5個積分點才能保證計算精度。
在同樣采用2號殼單元類型的情況下，分別采用殼單元厚度方向默認的積分點2+高斯積分，5積分點+高斯積分，5積分點+改進的高斯積分Gauss-Lobatto進行對比。
計算結果
2積分點與5積分點對比（虛線為2積分點）
Gauss 與Gauss-Lobatto積分點對比
由計算結果可知：
對于本例而言，采用默認的2積分點最大值雖然與5積分點差別不大，但是局部應力曲線差別很大。對于5積分點而言，Gauss積分與Gauss-Lobatto積分差別不大，但由于Gauss-Lobatto積分點最外層在殼表面，所以結果更精確。
展開 
南京林業大學黃超伯/熊燃華課題組《Chem. Eng. J.》：氣輔法制備“山竹”微球作為人工細胞的應用研究
(C)人工細胞中殼聚糖釋放胰島素的示意圖。(D) 人工細胞在不同葡萄糖濃度環境中的pH變化。(E) 人工細胞在不同葡萄糖濃度環境中胰島素的釋放過程。(F)葡萄糖氧化酶和過氧化物酶驅動的級聯反應和過氧化物酶氧化oPD生成DAP的示意圖。(G)人工細胞的回收及循環利用。
最后，研究者通過細胞相容性、血液相容性和活體斑馬魚生存率，驗證了該策略制備的人工細胞超高的生物相容性（圖7）。
圖7. “山竹”微球處理24、48、72 h后L929細胞的活/死染色(A)和細胞活力(B)，比例尺為200 μm。(C) “山竹”微球的血液相容性；根據ISO 7405:2018，如果樣品的溶血率為> 5%（微球的溶血率為0.27%），則認為樣品是溶血的。(D)斑馬魚(插圖)在水中7天(不喂食)有或沒有“山竹”微球的生存能力。
總之，該工作提出了一種基于氣體剪切液滴形成生物相容性好且可擴展的“山竹”微球的策略，同時展示了將其應用于人工細胞的可行性。通過優化制備參數，可以控制微球的芯殼大小及厚度，調整芯微球的隔間數量和極性，實現了在單個微球中發生多重級聯反應，用于模擬生物體內的各種生理功能，有望進一步構筑更加復雜的人工細胞。
以上相關成果發表在Chemical Engineering Journal（IF=13.27）上。論文的第一作者為南京林業大學化學工程學院博士生曲清莉，通訊作者為南京林業大學化學工程學院黃超伯教授，南京林業大學為第一完成單位。該研究工作得到國家自然科學基金等項目的資助。
展開 《鑄造模擬》(ESI PROCAST)V2008
主要特點
·包括自輻射效應的準確傳熱分析結果
·單晶鑄件輻射角系數自動更新
·模擬熔模完整工藝，包括殼型預熱
·快速角系數算法
·應用MeshCAST中殼層選項產生殼體
氣孔與微觀縮孔預測
大多數模擬軟件嚴格限定縮孔預測必須為金屬液卷氣引起的宏觀縮孔，這種簡化方法沒有考慮氣體與枝晶間收縮導致的微觀縮孔。ProCAST提供了基于物理現象的獨特方法，處理微觀縮孔模型。
主要特點
·耦合宏觀縮孔與管狀收縮的顯微縮孔預測
·糊狀區壓降
·氣體分離
·氣體溶解度作為溫度和合金元素的函數
·氣孔的形核和生長
微觀組織
ProCAST微觀組織模塊可建立確定性模型，該模型可將鑄件任意位置熱變化同微觀組織形核和長大過程耦合實現模擬。 主要特點
·可用的確定性模型：
·等軸晶(DAS)
·耦合共晶
·球墨鑄鐵共晶(SGI)
·灰口/白口鐵共晶
·球墨鑄鐵共析
·灰口鐵共析
·包晶轉變
·Scheil模型
·鐵/碳固態轉變
晶粒結構模擬
晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機CA）和有限元法（CAFE模型）的耦合，能夠預測凝固態的晶粒結構。
主要特點
·預測柱狀和等軸晶結構
·柱狀晶到等軸晶轉變
·柱狀結晶區晶粒選擇
·預測單晶鑄件中雜散晶體
·晶體結構的演變
·立體信息
·晶粒結構直接可視化
PROCAST2008PROCAST2008下載: 下載:
展開 ESI PROCAST 2009 Win64鑄造模擬
主要特點
·包括自輻射效應的準確傳熱分析結果
·單晶鑄件輻射角系數自動更新
·模擬熔模完整工藝，包括殼型預熱
·快速角系數算法
·應用MeshCAST中殼層選項產生殼體
氣孔與微觀縮孔預測
大多數模擬軟件嚴格限定縮孔預測必須為金屬液卷氣引起的宏觀縮孔，這種簡化方法沒有考慮氣體與枝晶間收縮導致的微觀縮孔。ProCAST提供了基于物理現象的獨特方法，處理微觀縮孔模型。
主要特點
·耦合宏觀縮孔與管狀收縮的顯微縮孔預測
·糊狀區壓降
·氣體分離
·氣體溶解度作為溫度和合金元素的函數
·氣孔的形核和生長
微觀組織
ProCAST微觀組織模塊可建立確定性模型，該模型可將鑄件任意位置熱變化同微觀組織形核和長大過程耦合實現模擬。 主要特點
·可用的確定性模型：
·等軸晶(DAS)
·耦合共晶
·球墨鑄鐵共晶(SGI)
·灰口/白口鐵共晶
·球墨鑄鐵共析
·灰口鐵共析
·包晶轉變
·Scheil模型
·鐵/碳固態轉變
晶粒結構模擬
晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機CA）和有限元法（CAFE模型）的耦合，能夠預測凝固態的晶粒結構。
主要特點
·預測柱狀和等軸晶結構
·柱狀晶到等軸晶轉變
·柱狀結晶區晶粒選擇
·預測單晶鑄件中雜散晶體
·晶體結構的演變
·立體信息
·晶粒結構直接可視化
展開 ANSYS使用經驗
殼的ROTZ不是真實的自由度,它與平面內旋轉剛度相聯系，在局部坐標中殼的單元剛度矩陣ROTZ對應的項為零，對此不能將梁與殼單元僅僅有一個節點相連，例外的是當shell43 or shell63(兩者都有keyopt(3)=2)的Allman旋轉剛度被激活時。
Solid65 單元和 shell63 單元相連，相應平動自由度的節點力會傳到實體塊單元上，但是shell63單元的轉動自由度的節點唯一則不會傳到相連的 solid65單元上。
10．查找文獻資料確定混凝土的材料參數輸入（ Tb, concr, , , ）
11．預測內存和磁盤空間
大型復雜模型（例如10萬個節點，非線性問題，多工況問題，1000步以上的瞬態分析等等）求解之前預測求解所需要的求解時間、內存和磁盤空間，使分析盡在掌握之中；
12．收斂問題
影響收斂（不收斂，或者收斂緩慢）的原因很多，《非線性分析指南》一書上有很多關于避免發生收斂問題的建議；
對于以下參數，可以試一試這些參數對收斂速度以及結果精度的影響
neqit = 6～25?
加載荷載步大小 = ？
接觸單元的實常數 = ？
例如接觸剛度的大小取值必須權衡計算結果精度（穿透大?。┖褪諗繂栴}（收斂時間
）兩者的可接受程度，需要經驗值或者試算；
15．選擇集的應用
為了利用選擇集cm / xsel的強大功能，可以合理定義線，面的實常數real屬性，為了選擇操作方便而賦予更多的單元實常數號，材料號
16． UPGEOM 和 MPCHG 的應用
! UPGEOM更新幾何形狀
!a.rst為計算結果文件名，最后一個為目錄
!這兩個參數應根據你的計算情況定
UPGEOM,1,LAST,LAST,NEW,rst,F:\729\
!
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