單元扭曲的案例
VUMAT疲勞損傷累積單元扭曲？ ￥200
通過建立VUMAT對金屬材料進行疲勞損傷累積時，設置單元刪除的損傷閾值，發現改動這個閾值，程序會在單元達到這個閾值后的出現單元扭曲錯誤，不知道為什么？
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（二）——固體殼單元
C3D8I 單元的綜合評估：
C3D8I 單元在幾何非線性情況下精度高，但計算成本也較高。其對單元扭曲敏感，在使用時需要小心以確保單元扭曲是非常小的，若所關心的部位單元扭曲比較大，尤其出現交錯扭曲時分析精度會降低。此外，C3D8I 單元和減縮積分單元不能同時選擇。
SC8R 單元的綜合評估：
SC8R 單元在幾何非線性情況下計算效率最高，對網格扭曲的敏感性最低，適合處理復雜幾何和大變形問題。然而，由于其基于殼理論，在需要考慮三維應力狀態的情況下精度可能不足。此外，由于采用減縮積分，可能出現沙漏問題，需要適當控制。
三種單元在幾何非線性情況下的選擇建議：
對于需要考慮三維應力狀態且對計算精度要求高的幾何非線性問題，優先選擇 CSS8 單元。
對于以彎曲為主且網格質量良好的幾何非線性問題，C3D8I 單元可能是更經濟的選擇。
對于大變形、復雜幾何或需要高效計算的幾何非線性問題，SC8R 單元是最佳選擇。
在實際應用中，可以考慮根據不同區域的特點混合使用三種單元，以平衡計算精度和效率。
博主簡潔版建議：在薄壁類分析中，如果采用三維實體單元，在 Abaqus/Standard中直接采用CSS8單元。
與S4R對比情況
S4R 單元是 Abaqus 中最常用的常規殼單元之一，為 4 節點減縮積分殼單元，基于經典殼理論，適用于各類薄壁結構的線性與非線性分析，尤其在大變形和接觸問題中表現穩定。
1. 四種單元的核心特性對比
特性
CSS8（連續實體殼單元）
C3D8I（非協調實體單元）
SC8R（8 節點連續殼單元）
S4R（4 節點常規殼單元）
2. 應用場景差異
應用場景
CSS8
C3D8I
SC8R
S4R
3.
展開 【JY】Abaqus 三維應力單元解析、選擇與應用指南
3.5 非協調模式單元
理論基礎：非協調模式單元在標準線性單元的基礎上引入了非協調位移模式，這些附加模式允許單元在不連續的情況下仍能保持協調性，從而克服了剪切自鎖問題。非協調模式單元通過增強變形梯度的方式，使單元交界處不會出現重疊或開洞問題，便于拓展到非線性、有限應變位移分析中。
適用場景：非協調模式單元適用于主要承受彎曲載荷的結構，特別是那些單元扭曲較小的區域。在彎曲問題中，厚度方向只需很少單元就能達到與二次單元相當的結果，但計算成本明顯降低。它們特別適合于模擬薄板、薄殼等以彎曲為主的結構。
優缺點分析：
優點：成功克服了剪切自鎖問題；在單元扭曲程度較小時，位移和應力結果精確；彎曲問題中厚度方向只需少量單元就能達到與二次單元相當的效果，大幅降低計算成本；能夠適應一定程度的單元扭曲。
缺點：若關注部位的單元扭曲程度大，尤其是出現交錯扭曲時，分析精度會下降；不適用于嚴重扭曲的網格；在某些情況下，特別是大變形分析中，可能需要更精細的網格劃分。
使用注意事項：
若在模型中采用非協調單元，應使網格扭曲減至最小，避免在扭曲嚴重的區域使用。
非協調單元在 Abaqus/Standard 中可用，但在 Abaqus/Explicit 中不可用，應根據求解器選擇合適的單元類型。
在彎曲問題中，非協調單元沿厚度方向只需 1-2 個單元就能獲得較好結果，但在關鍵區域仍建議進行網格細化以提高精度。
對于高精度分析，特別是需要精確應力結果的區域，即使使用非協調單元，也應確保網格質量和密度足夠。
3.6 四面體單元
理論基礎：三角形 (Tri) 和四面體 (Tet) 單元是基于線性或二次插值函數的單元類型，它們能夠適應任意幾何形狀，特別適合于復雜幾何模型的網格劃分。
展開 巧用單元提高Abaqus計算效率：帶扭曲的軸對稱單元-橡膠阻尼器內摩擦生熱分析 ￥49.99
Abaqus有非常豐富的單元庫，其中就有軸對稱單元，比如CAX4（I/R/H/T），當一個回轉結構具有某種載荷對稱性時，可以用它將三維模型縮減為軸對稱模型來分析，能減少大量的內存和分析時間，而同樣的模型規模，3D實體單元要更耗費計算資源。
那么，回轉結構受到側向彎曲或軸向扭轉的載荷時，有沒有類似的單元可以用呢？
橡膠阻尼器的內摩擦生熱分析-節點溫度云圖
比如，假設上圖中的阻尼器不再是長方體，而是回轉體，且發生軸向扭曲變形，那么能不能用軸對稱單元來建模呢？
答案是可以的，在Abaqus的軸對稱單元系里還有一種可考慮Twist的單元，即帶字母G標識的那種類型，能夠在分析時充分考慮回轉體的整體扭轉變形。
首先，我們可以在part模塊使用Axisymmetric建立環形塊狀阻尼器的回轉截面；然后在mesh模塊劃分好四邊形網格；最后，定義單元類型為CGAX4T，即帶扭曲的4節點軸對稱位移-溫度耦合單元。
這里的橡膠阻尼器材料本構采用的是超彈性模型，應變能描述形式為Neo Hooke，再結合時域黏彈性Prony參數與非彈性變形能耗散比，來計算阻尼器周期性扭轉過程中的材料內摩擦生熱。
阻尼器上、下兩個端面的節點分別使用位于回轉軸上的兩個參考點來耦合，固定下端面參考點，并在上端面參考點施加軸向的周期性扭角位移。
阻尼器的回轉結構與網格-單元
雖然建模時只考慮了回轉截面，但是帶扭曲的軸對稱單元可以將回轉體發生扭轉時的整體結構響應考慮在內，這是因為這種單元多了一個扭轉自由度5，拿本例中的位移-溫度耦合單元CGAX4T來說，該單元的節點具有1、2、5和11四個自由度。
展開 
Abaqus非協調模式單元類型簡介
非協調模式單元（Incompatible modes），以字符I結尾，僅適用于線性四邊形和六面體單元。它把增強單元位移梯度的附加自由度引入線性單元，能克服線性完全積分中的剪切自鎖問題，具有較高的計算精度。
Abaqus中的非協調模式單元和MSC.NASTRAN中的4節點四面體和8節點六面體單元很相似，所以計算結果頁很一致。
非協調模式單元具有如下優點：
（1）克服了剪切自鎖問題，在單元扭曲比較小的情況下，得到的位移和應力結果很精確。
（2）在彎曲問題中，在厚度方向上只需很少的單元，就可以得到與二次單元相當的結果，而計算成本明顯降低。
（3）單元交界不會重疊或開洞，因此很容易擴展到非線性、有限應變的位移。
但是使用這種單元的時候需要注意，如果所關心的部位單元扭曲比較大，尤其出現交錯扭曲時分析精度會降低。
請注意非協調模式和減縮積分單元，兩個只能選擇其一，不能同時選擇。但是同時選擇雜交單元（hybrid）。
轉自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_b377d7f70102vew6.html
展開 ABAQUS網格劃分
單元發生扭曲或彎曲應力有梯度時，可能出現某種程度的自鎖
線性縮減積分（細網格以克服沙漏）：
求解位移較精確
網格扭曲變形時，求解精度影響不大
彎曲分析不容易剪切自鎖
可用于接觸分析
應力集中處的節點應力不精確
線性完全積分：（因剪切閉鎖）在小位移時方可用
用于局部應力集中
不用于彎曲（會剪切自鎖）
非協調單元（網格應細分）：
彎曲問題中，厚度方向很少的單元也能保證精度，速度快
單元扭曲不能大
克服了剪切自鎖問題
若單元扭曲小，求解位移、應力精確
楔形、四面體單元（效果差）：
不得已，才在不重要區域用
線性單元精度很差
二次單元精度較高，速度慢，能模擬任意形狀
二次四面體單元適用于小位移無接觸問題，速度慢。
在ABAQUS/Standard中選C3D10，
ABAQUS/Explicit中選。
如有大的塑性變形，或接觸，也應選修正的二次四面體單元
雜交單元：用于不可壓縮或近似不可壓縮材料
三維實體：
線性縮減積分：
沙漏：線性縮減積分單元模擬彎曲，積分點所有應力分量為零，變形能為零，單元沒有剛度。粗網格情況下，這種零能量模式擴展，使結果無意義。
線性縮減積分單元模擬彎曲，在厚度方向至少采用四個單元。---為防止沙漏。
剪切閉鎖：彎曲時，線性完全積分單元的邊不能彎曲。
展開 ABAQUS常見警告解決方案
單元劃分網格長寬比不合適。如果這些單元在不重要的區域（對結果肯定有些影響，影響大小取決于這三個單元的位置，在模型中的作用等），而且能計算，那就沒問題了
16. 單元扭曲
123elements are distorted
存在單元扭曲，如果這些單元在不重要的區域（對結果肯定有些影響，影響大小取決于這三個單元的位置，在模型中的作用等），而且能計算，那就沒問題了
17. 約束沒有的自由度
***WARNING: DEGREE OFFREEDOM 1 IS NOT ACTIVE ON NODE 6 - THIS
BOUNDARY CONDITION IS IGNORED
約束了單元沒有得自由度對求解沒有影響，可以查看下
18. 熱流問題
熱分析時出現了這樣的警告
There is zero HEAT FLUXeverywhere in the model based on the default
criterion. please check the valueof the average
HEAT FLUX during thecurrent iteration to verify that the HEAT FLUX
is small enough to be treated aszero. if not, please use the
solution controls to reset the criterion for zeroHEAT FLUX.
檢查（1）是不是熱源定義的問題，錯誤信息是說熱源量幾乎為零。
（2）定義熱源的子程序調用命令流應該為*HEAT GENERATION，在材料模塊中定義，子程序為HETVAL。
19.
展開 Abaqus與Dyna電池包沖擊分析結果對比 ￥20
Dyna中減縮積分單元類型2和全積分單元16結果相差較大。16號單元加上沙漏類型8可以很好的處理單元扭曲變形的問題；2號單元由于采用面內單點積分，計算速度很快，對于大變形問題的計算最穩定，但對于單元扭曲變形非常敏感，計算精度相對較差。所以推薦使用單元類型16，這也是各主機廠通常使用的單元類型。
2. Abaqus減縮積分S4R和全積分S4位移結果基本完全一致，單元應力應變結果相近（減縮積分應力應變偏小），而全積分S4外推到節點的應力應變值差異很大，而且外推后應力應變不再滿足材料本構關系（應力340MPa對應的塑性應變為8%）。所以推薦使用整體S4R+局部關心區域S4的方式進行建模，這樣可以兼顧計算速度和計算精度，當然結果處理不要用外推到節點的應力應變。
3. Dyna中16號單元與Abaqus中S4的應力應變結果相近，誤差最大的反而是位移。能量曲線趨勢一致，但數值上相差較大，可能是由于各自的接觸算法和單元理論假定的不同導致。
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付費內容為相應計算文件，包含完整的電池包模型，Dyna和abaqus帶損傷的材料韌性斷裂失效設置，abaqus explicit通用接觸防止接觸厚度自動減小的設置，及其他常規的電池包沖擊分析設置，供大家學習。
展開 ABAQUS中實體單元的應用
ABAQUS中存在著豐富的單元類型，應用廣泛，下面主要介紹一下ABAUQS實體單元以及其應用。
ABAQUS實體單元大體可分為完全積分、減縮積分、非協調以及雜交這四種常見的單元模式。按階次可分為一階(線性)單元和二階單元。
（1）完全積分單元：單元具有規則形狀（邊是直線并且邊與邊相交成直角）時， 所用的Gauss積分點的數目足以對單元剛度矩陣中的多項式進行精確積分。
完全積分的線性單元在每一個方向上采用2個積分點；
完全積分的二次單元在每一個方向上采用3個積分點。如圖
不足：完全積分的線性單元存在“剪切自鎖”問題，原因是線性單元的邊不能彎曲。在復雜應力狀態下，完全積分的二次單元也有可能發生剪切自鎖。
（2）減縮積分單元：減縮積分單元比完全積分單元在每個方向上少用一個積分點。
完全積分的線性單元只在單元的中心有一個積分點
不足：線性減縮積分單元存在“沙漏模式”的數值問題，有可能過于柔軟。
ABAQUS通過繪制偽應變能(ALLAE)和內能(ALLIE)來評價沙漏模式對計算結果的影響。
（3）非協調單元：
優點：可以克服完全積分，一階單元中的剪力自鎖問題。
特點：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。
不足：對單元的扭曲很敏感，在使用時必須小心以確保單元扭曲是非常小的。
展開 ABAQUS中的單元選擇
（3）非協調單元：
優點：可以克服完全積分，一階單元中的剪力自鎖問題。
特點：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。
不足：對單元的扭曲很敏感，在使用時必須小心以確保單元扭曲是非常小的。
（4）雜交單元：
應用：當材料行為是不可壓縮（泊松比=0.5）或非常接近于不可壓縮（泊松比>0.475）時，如橡膠材料，采用雜交單元。
特點：對于具有不可壓縮材料性質的任何單元，一個純位移的數學公式是不適宜的，壓應力不能由節點位移計算。雜交單元包含一個可以直接確定單元壓應力的附加自由度，節點的位移場則主要用來計算偏應變和偏應力。
在選取單元類型時需要綜合考慮以下幾方面的問題：
1）如果需要得到的是節點應力，盡量不要選用線性減縮積分單元；
2）如果使用線性減縮積分單元，應注意避免出現沙漏模式，常采用網格細化來解決；
3）在定義了接觸和彈塑性材料的區域后，不要使用C3D20、C3D8R、C3D10等二次單元；
4）完全積分單元容易出現剪切閉鎖和體積閉鎖問題，一般情況下盡量不要使用；
5）對于ABAQUS/Standard分析，如果能夠劃分四邊形(Quad)或六面體(Hex)網格，建議盡量使用非協調單元(如C3D8I)，同時注意保證關鍵部位的單元形狀是規則的。
6）如果無法劃分六面體(Hex)網格，則應使用修正的二次四面體單元(C3D10M)，它適用于接觸和彈塑性問題，只是計算代價較大；
7）有些適用于ABAQUS/Standard分析的單元類型不能用于ABAQUS/Explicit分析中(例如非協調單元)。
展開 如何才能選出適合于分析的單元類型?
不足：對單元的扭曲很敏感，在使用時必須小心以確保單元扭曲是非常小的。
（4）雜交單元：
應用：當材料行為是不可壓縮（泊松比=0.5）或非常接近于不可壓縮（泊松比>0.475）時，如橡膠材料，采用雜交單元。
特點：對于具有不可壓縮材料性質的任何單元，一個純位移的數學公式是不適宜的，壓應力不能由節點位移計算。雜交單元包含一個可以直接確定單元壓應力的附加自由度，節點的位移場則主要用來計算偏應變和偏應力。
在選取單元類型時需要綜合考慮以下幾方面的問題：
1）如果需要得到的是節點應力，盡量不要選用線性減縮積分單元；
2）如果使用線性減縮積分單元，應注意避免出現沙漏模式，常采用網格細化來解決；
3）在定義了接觸和彈塑性材料的區域后，不要使用C3D20、C3D8R、C3D10等二次單元；
4）完全積分單元容易出現剪切閉鎖和體積閉鎖問題，一般情況下盡量不要使用；
5）對于ABAQUS/Standard分析，如果能夠劃分四邊形(Quad)或六面體(Hex)網格，建議盡量使用非協調單元(如C3D8I)，同時注意保證關鍵部位的單元形狀是規則的。
6）如果無法劃分六面體(Hex)網格，則應使用修正的二次四面體單元(C3D10M)，它適用于接觸和彈塑性問題，只是計算代價較大；
7）有些適用于ABAQUS/Standard分析的單元類型不能用于ABAQUS/Explicit分析中(例如非協調單元)。
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關于ANSYS網格重分法分析清單
-基于扭曲度的單元標記，在每個時間步都會進行檢查；
-基于長度比例的單元標記，在用戶指定的尺寸網格重分間隔中進行檢查；
-如果新的單元減少了單元扭曲度，則網格將會被更新。
對于網格重分方法，所有的準則都用來做標記。但是不能保證重新劃分的單元就能滿足設置的網格質量標準。
4、Local Cell Remeshing(2D & 3D)
在混合單元區域，不是三角形和不是四面體的單元將被忽略；
如果對每個區域沒有指定局部準則，則在網格劃分方法下方設置總體的尺寸和扭曲度參數將對所有變形區域起作用。
-默認情況下，局部長度比例被設置為0，扭曲度被設置為1
-對于局部單元網格重分，只有用戶修改了其默認參數，它才會起作用。
5、Local Face Remeshing(3D)
對于3D情況，局部面網格重分允許在變形的邊界使用局部網格重分。
-僅基于扭曲度來標記變形邊界上的面（和臨近的單元）
-FSI界面上不能進行網格重分，這是因為流固耦合計算需要進行數據映射在每個變形的面區域，都需要激活局部面網格重分選項，則該功能才能使用可以使用全局和局部參數
-局部的默認值：長度比例為0，扭曲度為1
-如果局部默認設置沒有修改，則將使用全局設置的值局部面網格重分，不能在多個面區域之間進行操作。
展開 計算方法 | 淺析橡膠超彈體與粘彈性仿真(超彈篇)
3D計算模型相對2D模型計算采用成數倍數量的單元節點，同時非線性計算的迭代求解和存儲耗費，這都給計算資源和效率帶來了挑戰。
2D模型幾何邊線更方便控制尺寸份數以細化幾何拐角，有效防止擠壓或者拉伸時候的單元扭曲，提高收斂可能性。
更好處理橡膠大變形狀態下，橡膠與金屬件接觸關系以及橡膠自接觸；
規避開3D模型實體六面體單元的可能“剛硬”。
如圖6和7所示是兩類形狀密封圈擠壓狀態模擬計算案例，模型計算都不可避免設置模型自接觸、拐角單元細化以及單元形狀控制以防止過度畸形。
圖6
圖7
2、不可壓縮性的考慮事項
然而工程項目不能規避掉橡膠類計算都能很好簡化成2D幾何，仿真計算不可避免遇到3D橡膠超彈體計算模型。
這里僅代表個人講下工作習慣，3D超彈體計算偏選擇四面體單元而不用六面體單元，偏選擇低階單元而不用高階單元，依靠增強應變單元解決剪切鎖定（單元的位移場不能模擬由于彎曲而引起的剪切變形和彎曲變形，當單元長度與厚度的數量級相同或長度大于厚度時，此現象會更加嚴重），依靠采用U-P公式解決體積鎖死（一般發生在完全積分單元中，體積鎖死是指完全積分單元受到過度約束時的一種鎖死現象，如果材料是不可壓縮的或是近似不可壓縮的，完全積分單元可能會變得特別剛硬而不會產生體積變形，即所謂“體積鎖死“）。如果模型因為采用Mixed u-p而不能滿足收斂，可以通過定義參數引入少量的不可壓縮性。圖8中計算的3D模型單元采用了四面體單元，而圖9中管壁厚度考慮六面體單元計算并進行了單元選擇控制。
展開 abaqus檢驗總結1-論壇整理
線性減縮積分單元優點：
位移計算結果較精確；
網格存在扭曲變形時（例如Quad 單元的角度遠遠大于或小于90o），分析精度不會受到明顯的影響；
在彎曲載荷下不易發生剪切自鎖。
線性減縮積分單元缺點：
需要較細網格克服沙漏問題；
如果希望以應力集中部位的節點應力作為分析目標，則不能選用此單元。
二次減縮積分單元不但保持線性減縮積分單元的上述優點，還具有如下特點：
即使不劃分很細的網格也不會出現嚴重的沙漏問題；
即使在復雜應力狀態下，對自鎖問題也不敏感。
二次減縮積分單元缺點：
不能用于接觸分析；
不能用于大應變問題；
存在與線性減縮積分單元類似的問題，即節點應力的精度往往低于二次完全積分單元。
非協調模式單元可克服線性完全積分單元中的剪切自鎖問題，僅在ABAQUS/Standard 有。
非協調模式單元優點：
克服了剪切自鎖問題，在單元扭曲比較小的情況下，得到的位移和應力結果很精確；
在彎曲問題中，在厚度方向上只需很少的單元，就可以得到與二次單元相當的結果，而計算成本卻明顯降低；
使用了增強變形梯度的非協調模式，單元交界處不會重疊或開洞，因此很容易擴展到非線性、有限應變得位移。但使用這種單元時要注意：如果所關心部位的單元扭曲比較大，尤其是出現交錯扭曲時，分析精度會降低。
展開 有限元中的高斯點與積分詳解(下)_《數值計算與程序設計》系列課程之九 ￥599
在下半節課中，詳細地分析了扭曲單元與有限元精度之間的關系。我們常聽到單元網格質量要劃好，不然精度會不行，甚至會求解失敗，但這是為什么呢？我們透過表面來看有限元方法的本質，用簡潔易懂的數學推導來展現誤差與單元形狀之間的關系。
本課從實際問題出發，帶著問題去講解有限元中的高斯點與數值積分。一開始拋出了以下3個關鍵問題：
1.對于一個任意函數怎么去得到它的積分？
2.數值積分的本質是什么？為什么簡單地取幾個點就可得到積分值？此種方法的立足點在哪？
3.很多資料上都說“有限元求解精度嚴重依賴于網格質量，過度扭曲的單元會導致結果不收斂或者精度極度惡化”，這只是為什么呢？扭曲單元到底影響的是有限元方法中的哪一步？
圍繞這3個問題，本課分別講了一下三個內容：
1. 數值積分基本方法。
2. 有限元單元積分。
3. 誤差分析。
希望有興趣的同學多多支持下，你們的支持是我更新的動力
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