薄殼的案例
Moldex3D模流分析Mesh參考資料之薄殼 (Shell) 網格-理論
薄殼 (Shell)模型分辨率與元素數量之間的關系
ANSYS中薄殼厚殼分類及單元特性
薄殼理論的基本假定
也稱為 Kirchhoff-Love（克希霍夫-勒夫）假定：
①薄殼變形前與中曲面垂直的直線，變形后仍然位于已變形中曲面的垂直線上，且其長度保持不變。
②平行于中曲面的面素上的正應力與其它應力相比可忽略不計。
但上述假定同時假定了兩種不相容的變形狀態，即平面應變和平面應力狀態。因此許多學者提出了許多修正理論，但是只要是基于 Kirchhoff-Love 假定為基礎的薄殼理論，其精度都不會超過 Kirchhoff-Love 理論的精度范圍。
為構造協調的薄板殼單元，可采用多種方法，如增加自由度法、再分割法（也稱復合法）、離散克希霍夫（Discrete Kirchhoff Theory）法等，但都適用于薄板殼結構，也不考慮橫向剪切變形的影響。
5. 考慮橫向剪切變形的殼理論
可考慮橫向剪切變形影響的理論，一般稱為 Mindlin-Reissner 理論，是將 Reissner 關于中厚板理論的假定推廣到殼中。
ANSYS殼單元
薄板殼單元基于 Kirchhoff-Love 理論，即不計橫向剪切變形的影響；中厚板殼單元則基于 Mindlin-Reissner 理論，考慮橫向剪切變形的影響。
在 ANSYS中，SHELL 單元采用平面應力單元和板殼彎曲單元的疊加。除SHELL63、SHELL51、SHELL61 不計橫向剪切變形外（可用于薄板殼分析），其余均計入橫向剪切變形的影響（可用于中厚板殼分析）。
展開 Moldex3D模流分析模型之Shell 薄殼模型
Shell 薄殼模型 (Shell Model)
當項目建立并設定為Shell (薄殼模型)類型后, 點擊網格頁前來切換過去。利用薄殼模式來為塑料成型建模可以大大地增加求解器計算時的速度。雖然與3D建模時相比多少在功能上有些限制(尤其特殊成型制程)，大部分的工具在Shell也都能使用到。最大的區別就是網格頁簽(Mesh Tab)簡化并入了Shell的模型頁簽(Model Tab)，即本節所要介紹的前處理作業。
?匯入 (Import)
單擊匯入幾何 (Import Geometry) 并選擇要匯入的模型組件。支持匯入的文件格式與Solid建模相同，常見的匯入項目為點和線對象(IGS)或是塑件和模座的表面網格(STL,NAS等)。單擊匯入網格 (Import Mesh)，匯入一個完成的網格模型(MSH)，代表該模型可直接用于后續仿真作業。對于自行創建幾何對象，也可以使用模型頁簽的精靈或是工具頁簽中的工具。
?屬性 (Attribute)
對于匯入的模型組件，其只有幾何信息。單擊屬性 (Attribute)可為幾何對象指定屬性和更多參數特性進行制程仿真，根據被選定對象的格式，將會有不同的屬性提供給用戶做選擇。
?表面網格組件
塑件 (Part)：定義為熔融塑料流動通過形成最終產品的主要區域。
模座 (Mold Base)：被匯入的模座必須為一封閉幾何，其內部包含所有的組件，主要用于流道和冷卻系統的建模。
?線組件
冷/熱流道 (Cold/Hot Runner)：定義流道系統的配置，請提供橫截面型式和尺寸參數。如果啟用對稱元素 (Symmetric Element)，軟件將會是此部分為一個分支，其通過的塑料流量等于流過型腔的其他區域。
展開 Moldex3D仿真分析之薄殼模型分析
特征
傳統的薄殼模型分析需轉換成「中間面」模型。若是具有不同厚度的復雜模塊，轉換的作業十分困難，粗短的塑件很難判斷中間面，需要時間來累積轉換的經驗。而且，部分塑件的特征會被忽略，例如圓角，厚度轉換的區域。在實體分析中，用戶可自行考慮上述因素。
無法判斷中間面中粗短的塑件
實體分析的結果會比傳統薄殼分析更合理，例如噴泉流、轉角效應以及纖維材料翹曲等等。Moldex3D 實體模型分析提供高效能運算以及輸出接口，用戶可預測可能的成型效果。
真實 3D 流動模式
支持的元素類型
Moldex3D 支持大多數的實體模型，包含 TETRA、HEXA、PYRAMID、PRISM 等等。若要處理大型網格模型，Moldex3D 可直接分析具有上百萬元素的實體模型。一般而言，實體建模最簡易的方式，就是在 TETRA 產生元素。可在一天內就可以為大多數的產品，建構 TETRA 實體建模。但是有些實體具有比較復雜的幾何，僅使用一個元素類型不足以建立實際的幾何。如下圖所示，Moldex3D 研發出最先進的技術，提供用戶實體模型分析混合式網格。這項技術優勢可協助用戶彈性減少元素總量，仍然可維持良好的準確度來處理相同幾何的實體。若使用者熟捻此技術后，更能體驗到這項技術帶來的效果。
實體劃分的混合元素
網格需求
開始分析之前，網格質量與分辨率會影響運算。所以必須測量網格的質量。
網格品質
Moldex3D 提供四個測量網格質量的條件。分別是，展弦比 (Aspect Ratio)，歪斜率 (Skewness)，正交度 (Orthogonality)和平滑度 (Smoothness)。展弦比是根據元素本身，而其他三個條件則是根據網格與其周圍網格之間的拓撲。如果網格質量不佳，會嚴重影響運算。
展開 
C家精講 | 敖工實戰：多層薄殼件，快速獲得完美流態
壓鑄模擬：多層薄殼件，快速獲得完美流態
在前期設計中，多口進澆的內澆口位置、大小，是獲得平穩流態的關鍵。如果通過模擬分析，通常需要幾個小時。修改方案又要幾個小時。Cast-Designer v7.5 新出的“快速鑄造分區”功能，只需要把內澆口搭在鑄件上，就可以分析，對于設計前期，具備非常高的參考性和指導意義。
速度就一個字
“非常快”
只需要幾秒
感謝敖工為我們提供了兩個案例，第一個是薄壁件，第二個是厚壁件，敬請留意。
這是一個實際案例，三層薄殼型鑄件，重量1.1千克，壁厚1.6~1.8mm
第一版的設計方案我們采用了四口進澆，內澆口等大小，
計算時間大概為7秒
金屬液整體充型順序有嚴重問題：
1） 外側充填過快
2） 頂部幾乎是空的
3） 金屬液通過柱位進入內腔，導致多處末端包卷
我們希望的流態，是金屬液先填充內腔，包括頂部，然后形成一個整體，往末端平穩流動。為了實現這個目標。我們又做了第二版的設計。這次的改動包括了：
1） 增加入料筋
2） 調整內澆口位置與數量，從4個增加到6個，而且考慮到兩側金屬的流動性，加大了外側澆口面積
3） 有針對性利用中部入料
這次用了13秒
這是快速鑄造分區結果，與全工藝分析結果的對比。對于內澆口大小、位置、流態的判斷、包卷位置、接合區、渣包的位置有高的指導價值。
詳細的過程，請觀完整觀看視頻。
C家精講，初衷是用最短的時間，分享一些鑄造工藝設計與分析的經驗。雖然是點點滴滴，愿能匯流成河，如果鑄友們喜歡，
請點“在看”或分享，也歡迎留言。
展開 薄殼軌道沖壓成型仿真分析
本案例以一薄殼軌道沖壓成形仿真分析，以ABAQUS仿真平臺進行操作，以為此類工程問題提供設計思路。
2模型分析
本案例的模型是通過三維建模軟件UG10.0完成，建立完成后導入ABAQUS進行網格劃分、材料賦予、邊界條件約束等相關工作。在ABAQUS中，材料參數的定義是在property模塊完成定義，密度輸入為7850kg/m3完成材料密度的定義，之后為binder部件創建質量點，這里切換到binder模塊進行相關操作即可，緊接著進入分析步的修改，創建場輸出并修改接觸定義與載荷邊界條件，最終的網格模型如下圖1所示，完成上述操作后便可提交作業進行求解。前處理的具體相關操作見附件。
1-S-rail-ele.rar
圖1網格模型
3結果顯示
應用命令Job-Manager可查看求解結果文件，案例根據實際加工中所常關注的厚度及應力狀況，調取材料的應力及厚度云圖分別如圖2（a）、（b）所示。可以發現，在s形軌道的兩側薄壁處受到較大的應力效應，而在扁平的兩側邊緣處處于應力較低的水平，從（b）中可以看出，軌道上端邊緣厚度出現較大的變化，但在兩側厚度變化卻很小。進一步通過系統的能能量變化來反映加工過程，圖3給出了系統在加工過程中動內能變化情況，對比看出，整個過程中內能在不斷增加，說明材料變形在增加，這與圖2中的厚度增大相對應，而動能基本維持在一個接近于0的水平，說明材料以變形為主，在0-0.01ms時間內，材料沒有出現破壞。
圖2云圖顯示（a）應力云圖（b）厚度云圖
圖3能量變化曲線
4結論
本文采取的是動力顯示算法對S形薄壁軌道進行了一個沖壓過程的仿真分析，給出了軌道的應力及厚度的云圖變化，能夠為相關行業的結構設計與優化提供參考。
展開 Moldex3D仿真分析之Shell建模的厚度
薄殼 (Shell)模型分辨率與元素數量之間的關系
Moldex3D模流分析之Thin Shell Assumption
薄殼 (Shell)模型分辨率與元素數量之間的關系
薄殼圓柱屈曲分析
2 操作步驟
a 建立模型
這里用到薄殼模型，建模步驟我就省略了
賦予材料的話，要給于塑形，各種參數見上圖
b 建立相關連接
先建立兩個參考點（0，0，0）和（0，0，500）
再將頂部的所有點、底部的所有點與相應的參考點進行耦合（剛性）
c 建立分析步
d 加載邊界條件
由于與力值大小無關，因此在頂端參考點給-1的力，底部參考點完全約束
e 修改inp活著關鍵字，將節點的位移量進行輸出
f 計算求解，確保你的結果里面有fil文件（網格自行劃分，種子數給的10）
注意到屈曲力大概在1.2e6這么大
g 復制model-1到model-2
h 刪除原來的分析步，建立riks分析步
i 加載邊界條件
這里的力值參考最大屈曲力1.2e6，但是實際上這個值需要嘗試，特別是加載imperfection關鍵字之后，力值往往會急劇見效，這里設置為1.2e5
j 加入自定義關鍵字imperfection
在step之前加入
這里的imperfection是將特征值屈曲時的模態按照組合進行初始化，更接近實際結果
k 計算
展開 板殼后屈曲行為（精）
5.1 引言
5.2 Donnell大撓度方程
5.3 圓柱薄殼在軸壓作用下屈曲的邊界層理論
5.4 圓柱薄殼在外壓作用下屈曲的邊界層理論
5.5 圓柱薄殼在軸壓和外壓共同作用下的屈曲
5.6 各向同性加筋圓柱殼的后屈曲
參考文獻
第六章 復合材料層合圓柱殼的后屈曲行為
6.1 引言
6.2 層合圓柱薄殼在軸壓和外壓共同作用下的后屈曲
6.3 層合圓柱薄殼在軸壓和側向水壓共同作用下的后屈面
6.4 層合圓柱薄殼在非均勻熱場作用下的熱后屈曲
6.5 層合圓柱薄殼在軌壓和熱荷載共同作用下的后屈曲
6.6 層合圓柱薄殼在外壓和熱荷載共同作用下的后屈曲
6.7 濕熱環境對層合圓柱薄殼后屈曲的影響
6.8 帶壓電作動器層合圓柱薄殼在復雜荷載作用下的屈曲
展開 Moldex3D模流分析之薄殼模型分析引擎
注：Moldex3D Studio 分析引擎支持氣體輔助2.5D射出成型模塊；因此，氣體輔助射出成型分析也可選擇使用Moldex3D Studio 2.5D薄殼模型分析引擎[2.5D]分析（2.5D Shell Model Solver[2.5D]）。
制程設定 (Process Setting)
在加工精靈中，輸入設定項目的數值。完成制程設定之后，點擊儲存（Save）。
如果用戶選擇氣體輔助射出成型模塊，入口#2（Inlet #2）的設定將列為氣體選項。
如果用戶選擇水輔助射出成型模塊，在制程類型時就須選擇液體輔助射出成型。
執行分析 (Run Analysis)
完成這些設定后即可執行分析。返回 Moldex3D Studio，點擊分析順序 (Analysis sequence)，并選擇瞬時分析－Ct F P Ct W ，以執行氣體／水輔助射出成型分析。
2. 實體網格模型
產生網格
對于氣輔與水輔射出成型的分析，如果輔助液的進口與進澆點是相同的，則用戶不需額外在模型中設置。如果進氣/水口與進澆點是不同的，請額外設置一個進澆點再不同處，并在進口點屬性頁面的其他參數中，將其設為與主要進澆點不同的入口ID。
溢流區是鏈接產品的一個區域，用于預防氣體／水輔助射出成型制程中的潛在缺陷。其一樣可以在屬性中設置。
展開 
Abaqus中殼單元的選擇
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。
4) S3/S3R 單元 (3 節點三角形有限薄膜應變線性殼單元)可以作為通用殼單元使用。由于單元中的常應變近似，需要劃分較細的網格來模擬彎曲變形或高應變梯度。
展開 Moldex3D模流分析之結合三維Moldex3D模流與二維LS-DYNA應力分析
Moldex3D的三維實體模型，可獲得較準確的射出成型模擬結果；但在結構分析中，通常為了省時，會以二維的薄殼模型來進行分析。因此Moldex3D提供將三維射出成型的實體模型映像到LS-DYNA的二維的薄殼模型的功能，以利結構分析之進行。以下將說明操作步驟。
步驟1：準備LS-DYNA結構分析所用之薄殼模型，與Moldex3D射出成型分析所用的三維實體模型。
步驟2：在Moldex3D中，輸入三維實體模型，并完成射出成型分析。然后開啟Moldex3D FEA接口，準備將數據映像到薄殼模型。
步驟3：在Moldex3D FEA接口中，選擇LS-DYNA為求解器。在輸出網格的選項中，選擇 3D mapping to shell。指定被映像網格的檔案，并在功能列表中選擇要輸出的項目。
步驟4：點擊檢視/編輯模型定位。接著點擊3點定位，利用相對應的3個點，來校正和對齊薄殼模型與三維實體模型。最后指定輸出位置，即可輸出映像后之薄殼模型。
步驟5：在LS-DYNA中輸入映像后之薄殼模型，并執行結構分析。下圖為考慮射出成型效應后，結構分析之應力分布結果。
展開 abaqus單元類型
對于薄殼和厚殼問題的應用均有效，且考慮了有限薄膜應變； 薄殼單元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。強化了基爾霍夫條件，即：垂直于殼中截面的平面保持垂直于中截面； 厚殼單元：S8R,S8RT。二階四邊形單元，在小應變和載荷使計算結果沿殼的跨度方向上平緩變化的情況下，比普通單元產生的結果更精確； 對于給定的應用，判斷是屬于薄殼還是厚殼問題，一般：如果單一材料制造的各向同性殼體的厚度和跨度之比在1/20－1/10之間，認為是厚殼問題；如果比值小于1/30，則認為是薄殼問題；若介于1/30－1/20之間，則不能明確劃分。由于橫向剪切柔度在復合材料層合殼結構中作用顯著，故比值（厚跨比）將遠小于“薄”殼理論中采用的比值。具有高柔韌中間層的復合材料（“三明治”復合材料）有很低的橫向剪切剛度并且幾乎總是被用來模擬“厚”殼； 橫向剪切力和剪切應變存在于普通殼單元和厚殼單元中。對于三維單元，提供了可估計的橫向剪切應力。計算這些應力時忽略了彎曲和扭轉變形的耦合作用，并假定材料性質和彎曲力矩的空間梯度很小； 殼單元可以使用每個單元的局部材料方向，各項異型材料的數據，如纖維增強復合材料，以及單元輸出變量，如應力和應變，都按局部材料方向而定義。在大位移分析中，殼單元上的局部材料軸隨著材料各積分點上的平均運動而轉動； 線性、有限薄膜應變、四邊形殼單元（S4R）是較完備的而且適合于普通范圍的應用； 線性、有限薄膜應變、三角形殼單元（S3R）可作為通用的殼單元來應用。由于在單元內部近似為應變場，精細的網格劃分可用于求解彎曲變形和高應變梯度； 考慮到在復合材料層合殼模型中剪切柔度的影響，將采用“厚”殼單元（S4R,S3R,S8R） 四邊形或三角形的二次殼單元，用于一般的小變形薄殼是很有效的。
展開 【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
適用場景：線性殼單元適用于各種薄殼和厚殼結構，特別是當結構變形相對簡單且對精度要求不是極高的情況。S4R 是最常用的殼單元類型，具有良好的穩定性和廣泛的適用性，適用于大多數工程應用。
優缺點分析：
優點：計算效率高；對各種幾何形狀的適應性強；能夠處理大位移和中等旋轉；在大多數情況下提供足夠的精度。
缺點：對復雜變形和應力集中區域的模擬精度有限；在某些情況下可能出現剪切自鎖或薄膜自鎖；對于高精度分析或復雜非線性問題，可能需要更精細的網格或更高階的單元。
使用注意事項：
對于以彎曲為主的結構，應確保沿厚度方向有足夠的單元數量，通常至少 2-3 個積分點，以捕捉厚度方向的應力梯度。
在接觸分析中，線性殼單元通常比二次單元更穩定，收斂性更好。
對于復合材料層合殼，線性殼單元（如 S4R）可用于常規殼建模方法，但可能需要通過定義復合材料鋪層來準確模擬層合板特性。
在需要高精度結果的區域，如應力集中處或幾何突變處，應考慮使用二次殼單元或進行局部網格細化。
3.2 二次殼單元（如 S8R、S9R5）
理論基礎：二次殼單元基于二次插值函數，在每條邊上有中間節點，能夠更精確地模擬復雜變形和應力分布。二次殼單元通常采用縮減積分技術，以提高計算效率并避免剪切自鎖問。
適用場景：二次殼單元適用于對精度要求高、變形復雜的薄殼結構，特別是存在應力集中或需要精確模擬曲面變形的情況。它們對剪力自鎖和薄膜鎖死不敏感，適用于各種載荷條件下的薄殼結構響應分析。
優缺點分析：
優點：能夠更精確地模擬復雜變形和應力分布；對剪力自鎖和薄膜鎖死不敏感；在小變形情況下提供極高的精度；適用于各種薄殼結構。
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