單元類型選擇
關注創建者：安世亞太 創建時間：2021-06-22
單元類型選擇的視頻教程
workbench中單元類型查看+solid186與solid185切換+兩種單元網格尺寸敏感度比較
本段視頻主要講解內容： 1、workbench中如何查看單元類型 2、workbench中常用實體單元solid185與solid186單元區別 3、兩種單元類型如何切換 4、兩種單元的網格尺寸敏感度對比
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Abaqus仿真計算中的單元選擇
ABAQUS為用戶提供了豐富的單元庫，幾乎可以模擬實際工程中任意幾何形狀的有限元模型，在對一個問題進行分析時，可以根據情況選擇使用。 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，各種單元類型的節點數目、單元形狀、插值函數階次以及單元構造的方式。然后再根據幾何類型、分析類型和具體問題進行講解。
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選擇積分與 Abaqus 梁單元內核
首先討論選擇積分與降階積分的理論爭議（Bathe vs 王勖成），分析零能模式與剪切鎖死的數學機制。隨后通過 Timoshenko 梁經典例題，對比經典梁、精確積分與縮減積分三種結果，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、四元數大轉動更新及虛功方程。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。
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單元類型選擇的實例教程
下面是有關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幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結構則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據模型結構的空間維數細化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據結構的維數繼續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，又是也可以根據單元的階次來細分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類型：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.根據單元的形狀細分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據單元形狀是“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.根據分析問題的性質選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
展開 仿真在線-單元類型選擇.part1.rar
仿真在線-單元類型選擇.part2.rar
技術選擇文獻
11.單元類型選擇[29].part1.rar
11.單元類型選擇[29].part2.rar
來源：力學與Abaqus仿真
對于大多數Abaqus用戶，在選擇單元類型時都會有這樣的困惑，可選的單元類型很多，還有減縮積分、完全積分、線性單元、二次單元、非協調單元、雜交單元、沙漏控制等眾多選擇（圖1），在實際有限元分析時，究竟應該如何選擇合適的單元類型。從今天開始，陸續介紹單元類型的選取原則，供大家參考。
圖1 單元類型選擇對話框
選擇三維實體單元類型時應遵循以下原則：
● 對于三維區域，盡可能采用結構化網格劃分技術或掃掠網格劃分技術，從而得到Hex單元網格，減小計算代價，提高計算精度。當幾何形狀復雜時，也可以在不重要的區域使用少量楔形（Wedge）單元。
● 如果使用了自由網格劃分技術，Tet單元的類型應選擇二次單元。在Abaqus/Explicit中應選擇修正的Tet單元 C3D10M，在Abaqus/Standard中可以選擇C3D10，但如果有大的塑性變形，或模型中存在接觸，而且使用的是默認的“硬”接觸關系（“hard”contact relationship），則也應選擇修正的Tet單元 C3D10M。
● Abaqus的所有單元均可用于動態分析，選取單元的一般原則與靜力分析相同。但在使用Abaqus/Explicit模擬沖擊或爆炸載荷時，應選用線性單元，因為它們具有集中質量公式，模擬應力波的效果優于二次單元所采用的一致質量公式。
如果使用的求解器是Abaqus/Standard，在選擇單元類型時還應注意以下方面：
● 對于應力集中問題，盡量不要使用線性減縮積分單元，可使用二次單元來提高精度。如果在應力集中部位進行了網格細化，使用二次減縮積分單元與二次完全積分單元得到的應力結果相差不大，而二次減縮積分單元的計算時間相對較短。
展開 初學ANSYS的人，通常會被ANSYS所提供的眾多紛繁復雜的單元類型弄花了眼，如何選擇正確的單元類型，也是新手學習時很頭疼的問題。
單元類型的選擇，跟你要解決的問題本身密切相關。在選擇單元類型前，首先你要對問題本身有非常明確的認識，然后，對于每一種單元類型，每個節點有多少個自由度，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的描述，要結合自己的問題，對照幫助文檔里面的單元描述來選擇恰當的單元類型。
1.該選桿單元（Link）還是梁單元(Beam)？
這個比較容易理解。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。
梁單元則既可以承受拉，壓，還可以承受彎矩。如果你的結構中要承受彎矩，肯定不能選桿單元。
對于梁單元，常用的有beam3,beam4,beam188這三種，他們的區別在于：
1)beam3是2D的梁單元，只能解決2維的問題。
2)beam4是3D的梁單元，可以解決3維的空間梁問題。
3)beam188是3D梁單元，可以根據需要自定義梁的截面形狀。
2.對于薄壁結構，是選實體單元還是殼單元？
對于薄壁結構，最好是選用shell單元，shell單元可以減少計算量，如果你非要用實體單元，也是可以的，但是這樣計算量就大大增加了。而且，如果選實體單元，薄壁結構承受彎矩的時候，如果在厚度方向的單元層數太少，有時候計算結果誤差比較大，反而不如shell單元計算準確。
實際工程中常用的shell單元有shell63,shell93。shell63是四節點的shell單元(可以退化為三角形)，shell93是帶中間節點的四邊形shell單元(可以退化為三角形),shell93單元由于帶有中間節點，計算精度比shell63更高，但是由于節點數目比shell63多，計算量會增大。
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2mm
混合網格
常規
鉸鏈座
四面體
2mm
1mm
二階單元
精度要求高
操作步驟：
在“網格”菜單中，選擇“2D網格劃分”
在彈出的“網格劃分參數”對話框中：
設置全局尺寸：5mm
勾選“曲率自適應”，曲率角閾值30°
勾選“鄰近自適應”，最小間距2mm
單元類型選擇
<p><span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9);">應力為典型的張量，具有明顯的坐標相關性，大家常用查看單元應力方向的方法為直接通過整體坐標系判斷XYZ方向，但這種方法僅適用于實體單元，對于其他類型單元（例如殼單元、Beam單元、Truss單元、Cohesive單元等）或特殊坐標系下的實體單元則不再適用，若仍然采用整體坐標系判定方向則會限制對后處理結果的解讀。今天喵星人就通過一個教程帶大家學習不同類型單元的應力方向應該如何看
(2) 選擇“gan-1”，點擊【Seed Part Instance】，選擇“By size”，輸入單元尺寸50mm，點擊【OK】；單元類型選擇“C3D8R”，完成網格劃分。
(3) 選擇“table-1”，點擊【Seed Part Instance】，選擇“By size”，輸入單元尺寸50mm，點擊【OK】；單元類型選擇“C3D8R”，完成網格劃分。
同時，腳本允許用戶選擇 單元類型（BEAM4 或 LINK8），以適配不同分析類型。
模型生成完成后，程序將自動執行求解步驟，并輸出幾何圖形、模態振型及結果云圖。
自動出圖功能可生成靜態圖形與模態變形圖，結合教學視頻或動圖展示，可直觀觀察網殼結構的動力學特征。
1.3.
模型在腳本中設置了單元類型選擇功能，可自由切換使用 BEAM4 或 LINK8 元素，以適應不同的分析需求。
1.1. 建模思路與功能設計
模型采用基于經線與緯線構成的空間網殼結構體系。通過參數化控制環向與徑向劃分，自動生成節點坐標與單元連接關系，從而構建出完整的肋環型空間結構。
案例特點與優勢
本案例具有以下幾個顯著特點：
跨徑超過 400 米，結構規模大，具有典型的工程代表性；
模型結構清晰，層次分明，各部分單元類型選擇合理；
恒載工況一次收斂，驗證了模型在約束與剛度分配上的合理性；
橋面采用 SHELL181 單元，能更好地反映橋面板受力和橋面與拱肋的協同效應；
模型可直接拓展用于施工階段模擬、索力優化、線形控制及組合工況分析。
對于復雜的工程問題，可能需要根據不同區域的分析需求選擇不同的單元類型，以實現精度和效率的最佳平衡。
結論與展望
1.
寫在前文
在有限元分析中，單元類型的選擇對計算結果的精度和效率有著決定性影響，尤其對于復合材料結構和薄壁結構的分析更是如此。
Abaqus 作為主流的有限元分析軟件，提供了多種固體殼單元類型以滿足不同工程需求。
2.2 不同殼單元類型的選擇策略
針對不同的工程應用，殼單元的選擇策略如下：
一般殼單元：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。
模型特點
單元類型科學選擇：
Beam188：適用于主梁與索塔的彎曲-剪切耦合分析，支持自定義截面形狀；
Link180：模擬斜拉索的索-梁/塔錨固行為，可通過初應變法實現索力精準控制。
可通過節點坐標的修改進行：
參數化設計：跨徑、塔高、索面布置等關鍵參數可快速修改，適應不同橋型需求。
非線性兼容性：支持幾何非線性分析（如大位移、索松弛），為復雜工況提供可靠依據。
