abaqus單元大小的案例
有限元單元形狀和大小對于計(jì)算精度的影響
因此，我們在進(jìn)行有限元分析時(shí)，應(yīng)該盡量保證劃分的單元長寬比接近1，這意味著，如果我們使用了四邊形單元，則最好是正方形單元；如果使用了三角形單元，則最好是等邊三角形。
當(dāng)然，對于一個(gè)復(fù)雜的零件而言，我們很難保證每個(gè)單元都滿足這些要求，但是，我們一定要確保，在我們所關(guān)注的地方，例如應(yīng)力最大的地方，單元形狀要接近這一點(diǎn)，否則，我們得到的解就是不可相信的。
但是上述結(jié)果也告訴我們，即便是最好形狀的單元（情況1，長寬比為1.1），結(jié)果的計(jì)算精度也不容樂觀，其誤差達(dá)到5.2%，那么，我們可以得到更高精度的解答嗎？
單元大小
理論上可以證明，如果插值函數(shù)使用了“協(xié)調(diào)和完整的位移函數(shù)”，則當(dāng)網(wǎng)格尺寸逐漸減小而單元數(shù)量增加時(shí)，解就會(huì)單調(diào)收斂。
而且，當(dāng)單元數(shù)目增加時(shí)，得到的剛度會(huì)降低，并收斂于真實(shí)剛度。這就意味著，當(dāng)單元增加時(shí)，得到的位移增加，而收斂于精確位移解。其圖形如下：
這里所說的“協(xié)調(diào)和完整位移函數(shù)”，是指：
近似函數(shù)式一般是多項(xiàng)式；
近似函數(shù)在單元內(nèi)要保持連續(xù)；
近似函數(shù)應(yīng)提供單元間的連續(xù)性，包括離散單元每一個(gè)節(jié)點(diǎn)所有自由度都應(yīng)該是連續(xù)的，二維單元和三維單元沿著公共邊界線和公共面必須是連續(xù)的。既能夠保證單元內(nèi)的連續(xù)，又能夠保證單元間的連續(xù)的形函數(shù)稱為協(xié)調(diào)函數(shù)。
近似函數(shù)應(yīng)考慮剛體位移和單元內(nèi)的常應(yīng)變狀態(tài)。即有常數(shù)項(xiàng)保證剛體運(yùn)動(dòng)（無應(yīng)變的運(yùn)動(dòng)），而有一次項(xiàng)保證有常應(yīng)變狀態(tài)發(fā)生。這是形函數(shù)的完整性問題。
例如：對于一維單元而言，若取形函數(shù)
則同時(shí)滿足上面四個(gè)條件，稱為協(xié)調(diào)且完整的位移函數(shù)。
一般來說，我們所用的單元使用的位移函數(shù)都滿足上述四個(gè)條件，所以從理論上來說，只要網(wǎng)格加密，就可以收斂于真實(shí)解。
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詳細(xì)關(guān)系見下表：
質(zhì)心，單元與部件的位置關(guān)系對單元取舍的影響
其中，質(zhì)心與單元都與部件進(jìn)行接觸時(shí)（也就是說質(zhì)心剛好在部件表面時(shí)），單元也進(jìn)行保留。
這里的包絡(luò)是指質(zhì)點(diǎn)或單元剛好被部件包裹的情況（也就是說其剛好在部件體內(nèi)，不超出表面）。接觸是指與部件產(chǎn)生交集。
最后，當(dāng)遍歷了每一個(gè)單元后，就可以完成部件體素的轉(zhuǎn)換。
這里由于是按體素大小進(jìn)行生成，所以不可避免與原部件宏觀尺寸產(chǎn)生偏差，3個(gè)方向的偏差至多為設(shè)定的單個(gè)體素相應(yīng)的長寬高的數(shù)值。體素生成的基準(zhǔn)點(diǎn)為剛好包裹原部件的box的中心。此插件也將偏差進(jìn)行輸出，偏差為宏觀尺寸在全局坐標(biāo)下三個(gè)方向的偏差。
注意：
由于要遍歷每一個(gè)單元，所以當(dāng)單元總數(shù)較多時(shí)，比較耗時(shí)。
體素越小，網(wǎng)格越細(xì)致，單元數(shù)愈多，耗時(shí)越長，但是誤差也越小（這種情況不包括公因子，如果體素塊按公因子設(shè)定，就與原部件宏觀尺寸無偏差）向原部件逼近。
遍歷單元數(shù)可由剛好包裹原部件的box的體積與體素塊的體積之商粗略計(jì)算得出。
操作對象：單一part，不適用于殼模型。
體素大小按尺寸定義。
與上一個(gè)插件類似，計(jì)算效率不高。
體素宏觀尺寸與原部件可能存在偏差。
問題排除：
由于引用abaqus內(nèi)核函數(shù)來判斷單元存留，當(dāng)遍歷單元對不保留單元進(jìn)行判斷時(shí)會(huì)發(fā)生警告。已嘗試引用warnings模塊最高等級對警告進(jìn)行抑制，但是，毫無效果。所以該部分已在源代碼中刪除。對該問題進(jìn)行保留，所以，在進(jìn)行比較細(xì)致的體素轉(zhuǎn)化時(shí)，收到警告是正常現(xiàn)象，非bug。
當(dāng)遍歷單元數(shù)較多時(shí)，可能比較卡，并時(shí)不時(shí)伴有警告音發(fā)出，比較斷續(xù)，這也是正常現(xiàn)象。為簡化腳本，提高運(yùn)算速度，并未引用sleep()函數(shù)對其整改。
承諾：
1.凡是購買插件的用戶，使用過程中若是遇到Bug，本人將承諾對發(fā)現(xiàn)的bug進(jìn)行修復(fù)。
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展開 ABAQUS網(wǎng)格大小對混凝土本構(gòu)模型影響的案例分析 附Abaqus混凝土材料模型解讀與參數(shù)設(shè)置 V2
網(wǎng)格大小又對模型表現(xiàn)出來的本構(gòu)有怎樣的影響呢？
本文就以ABAQUS模擬棱柱體混凝土試塊為例，混凝土強(qiáng)度等級為C110，棱柱體尺寸為100mm*100mm*300mm。（就是我們平常做高強(qiáng)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度試塊的尺寸）
模擬數(shù)據(jù)
本文采用受壓本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
本文采用受拉本構(gòu)數(shù)據(jù)如下：
模擬時(shí)網(wǎng)格分別設(shè)為10mm、30mm、50mm和90mm。
加載方式采用在參考點(diǎn)處施加位移的方式，設(shè)置參考點(diǎn)與棱柱體頂面耦合。
邊界條件設(shè)置為與實(shí)際試塊加載的約束條件相同。
模擬結(jié)果
模擬得到的力和位移數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，可以得到應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系曲線，如下圖。
從模擬結(jié)果來看，網(wǎng)格大小確實(shí)對混凝土本構(gòu)有影響。
1，整體趨勢來看，網(wǎng)格越小，混凝土模型表現(xiàn)出的抗壓強(qiáng)度越大，峰值應(yīng)變越小，達(dá)到峰值后承載力下降越快，相當(dāng)于混凝土越脆。
2，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)基本完全相同，但10mm網(wǎng)格的計(jì)算時(shí)間是30mm的8倍。因此采用10mm的網(wǎng)格不太經(jīng)濟(jì)。
3，網(wǎng)格10mm和網(wǎng)格30mm的本構(gòu)峰值強(qiáng)度比原始本構(gòu)下降6.6%，網(wǎng)格50mm的下降了10.5%，網(wǎng)格90mm的下降了11.7%。下降幅度倒是差別不大。
所以網(wǎng)格的大小確實(shí)會(huì)影響模型的響應(yīng)，導(dǎo)致其表現(xiàn)出的本構(gòu)與實(shí)際不同。
下載地址：Abaqus混凝土材料模型解讀與參數(shù)設(shè)置 V2
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BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動(dòng)力學(xué)質(zhì)量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動(dòng)力學(xué)的方法對BCC結(jié)構(gòu)進(jìn)行壓縮仿真模擬，同時(shí)為減小計(jì)算量，采用梁單元模擬點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，壓頭設(shè)置為剛性面，添加質(zhì)量縮放，加快運(yùn)算速度，為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點(diǎn)陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實(shí)體，然后對實(shí)體進(jìn)行處理，得到點(diǎn)陣單胞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
b.建立單胞BCC梁單元點(diǎn)陣模型,然后進(jìn)行刪除面的操作，得到單胞BCC點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，接下來進(jìn)行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點(diǎn)陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設(shè)置參考點(diǎn)，模擬萬能試驗(yàn)機(jī)壓頭，剛性單元不參與計(jì)算，不影響計(jì)算結(jié)果，加快運(yùn)算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗(yàn)進(jìn)行裝配，從上到下依次為壓板-點(diǎn)陣-壓板。
3.設(shè)置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應(yīng)力應(yīng)變值見下表所示。
設(shè)置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設(shè)置。
4.設(shè)置分析步Dynamic,Explicit，時(shí)間設(shè)置為5s，以每秒1mm的速度進(jìn)行壓縮模擬，開啟質(zhì)量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
5.設(shè)置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數(shù)為0.3，設(shè)置通用接觸。
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使用多點(diǎn)約束MPC，實(shí)現(xiàn)實(shí)體-梁單元，實(shí)體-實(shí)體單元，梁-梁單元鉸接如何設(shè)置，實(shí)體單元梁彎矩曲線怎么提取？可下載附件，也可觀看視頻。
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<p>先說需求：有時(shí)候屏幕比較大，默認(rèn)的圖標(biāo)大小太小，看著費(fèi)眼睛，所以需求圖標(biāo)放大。</p><p> 有時(shí)候需要截圖，背景顏色改為白色，方便展示。</p><p> 每次設(shè)置完，重啟軟件，都會(huì)恢復(fù)成默認(rèn)設(shè)置，就很麻煩！</p><p><br></p><p>具體如何設(shè)置，如下：</p><p> </p><p><br></p>
展開 abaqus里的非線性薄層單元，零厚度cohesive單元，goodman接觸單元等的基本形式是什么？如何構(gòu)建與應(yīng)用？
在使用Abaqus，Comsol等軟件進(jìn)行薄層區(qū)域的力學(xué)分析過程中，例如在研究水壓致裂、裂縫擴(kuò)展，接觸粘結(jié)滑移的這類薄層力學(xué)性質(zhì)時(shí)，我們經(jīng)常需要采用應(yīng)力-相對位移(σ-u)關(guān)系，而不是傳統(tǒng)本構(gòu)描述的應(yīng)力-應(yīng)變(σ-ε)關(guān)系來描述，例如Abaqus里面的Cohesive單元，Goodman單元，以及Comsol里的彈性薄層（在后面我把這類單元統(tǒng)稱為增量非線性力學(xué)薄層）。這類單元厚度非常小甚至為0，薄層兩側(cè)的節(jié)點(diǎn)（單元）用一組力（應(yīng)力）與相對位移的關(guān)系方程聯(lián)系起來，例如給出一個(gè)形式最為簡單的典型應(yīng)力-位移方程
此方程描述了1,2,3方向（通常是法向和兩個(gè)切向）上相對位移與應(yīng)力的關(guān)系，應(yīng)力與相對位移呈線性關(guān)系，類似于“線性彈簧”。但是對于土-結(jié)構(gòu)接觸、裂縫的張開閉合這類問題，線性方程已經(jīng)不足以準(zhǔn)確描述這些物理量之間的關(guān)系，這時(shí)就需要引入增量非線性方程來構(gòu)建薄層單元。
引入增量非線性薄層的概念之前，首先介紹一下全量非線性薄層以理解非線性的概念，首先給出以下公式
這是一個(gè)全量非線性薄層，其非線性的表現(xiàn)可以用下面幾個(gè)例子體現(xiàn)，
對比①和②項(xiàng)，可以發(fā)現(xiàn)僅存在3方向上的位移變化的情況下，1，2方向上的力也會(huì)發(fā)生改變，體現(xiàn)了彈簧三個(gè)方向力學(xué)性質(zhì)的非獨(dú)立性，對比①和③項(xiàng)，可以發(fā)現(xiàn)力的大小并不和位移大小成正比，也就是非線性特征。
所以對于增量非線性方程，就是把應(yīng)力-位移關(guān)系方程寫成應(yīng)力增量-位移增量的關(guān)系方程，例如
寫成微分形式的好處是，可以體現(xiàn)出應(yīng)力路徑對位移結(jié)果的影響，也就是類似于“塑性”特征（所以所有的彈塑性本構(gòu)也都是增量方程）。但是對于此類微分方程的求解，必須給定一個(gè)力的初始值。
展開 【JY】Abaqus“殼”單元概述與應(yīng)用（二）——固體殼單元
寫在前文
在有限元分析中，單元類型的選擇對計(jì)算結(jié)果的精度和效率有著決定性影響，尤其對于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和薄壁結(jié)構(gòu)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。連續(xù)實(shí)體殼單元 (CSS8)、非協(xié)調(diào)元 (C3D8I) 和連續(xù)殼單元 (SC8R) 是 Abaqus 中常用于復(fù)合材料和薄壁結(jié)構(gòu)分析的三種單元類型，各自具有獨(dú)特的理論基礎(chǔ)和適用場景。
相關(guān)閱讀：
【JY】Abaqus殼單元概述與應(yīng)用（一）
除了上述采用類實(shí)體單元的“殼”單元外，還有完全的殼單元，如S4R 單元，是 Abaqus 中最常用的常規(guī)殼單元之一，為 4 節(jié)點(diǎn)減縮積分殼單元，基于經(jīng)典殼理論，適用于各類薄壁結(jié)構(gòu)的線性與非線性分析，尤其在大變形和接觸問題中表現(xiàn)穩(wěn)定，將該單元作為對比基準(zhǔn)，對上述實(shí)體類“殼”單元進(jìn)行對比分析。
本文旨在對這三種單元類型進(jìn)行深入比較研究，從理論基礎(chǔ)、自由度、材料本構(gòu)、積分方案、閉鎖敏感性、計(jì)算成本等多個(gè)維度展開分析，為工程實(shí)踐中的單元選擇提供參考。特別是針對復(fù)合材料分析、金屬薄壁結(jié)構(gòu)模擬以及混合建模等應(yīng)用場景，探討這三種單元的適用性差異，并分析它們在幾何非線性情況下的計(jì)算成本和精度表現(xiàn)。
單元類型基本原理與特點(diǎn)
2.1 連續(xù)實(shí)體殼單元 (CSS8)
連續(xù)實(shí)體殼單元 (CSS8) 是一種介于 C3D8I (非協(xié)調(diào)元) 和 SC8R (連續(xù)殼單元) 之間的特殊一階單元，由 Vu-Quoc 和 Tan 于 2003 年提出，后集成于 SIMULIA 2017 及以后的版本。它是一種三維單元，具有以下基本特點(diǎn)：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節(jié)點(diǎn)六面體單元，僅有位移自由度 (無轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，與實(shí)體單元一致)，與實(shí)體單元混合建模時(shí)易于處理連接過渡。
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ABAQUS任意單元表面加入膜單元或加入復(fù)合材料纖維層
以上內(nèi)容來自360百科
本期是教大家如何在ABAQUS有限元模型中在任意實(shí)體單元表面加入殼單元作為纖維增強(qiáng)材料來模擬復(fù)合材料：
孔眼壁上的膜單元來模擬壁面加固材料
內(nèi)加入纖維增強(qiáng)材料
轉(zhuǎn)自公眾號——ABAQUS大世界
旨在分享，若侵即刪.
abaqus2020-二維-顯示分析-通用接觸-單元刪除法模擬裂紋，解決單元穿透！！
前面說到abaqus2020-二維-顯示分析-通用接觸-單元刪除法模擬裂紋出現(xiàn)明顯穿透，結(jié)果不合理，那么有什么辦法解決嗎？有，對于這樣的模型采用接觸對接觸+通用接觸可以很好的解決問題。注意，如果模型中只采用接觸對接觸，可以解決沖頭與基體之間的接觸建立問題，但是對于基體自身破壞后單元之間的穿透并不能解決，因此，還要建立基體自接觸，所以在接觸對接觸的基礎(chǔ)上再加上一個(gè)通用接觸就可以很好的解決這個(gè)問題，這里不使用軟件自帶的自接觸，因?yàn)樽越佑|在這樣的模型中很難建立起來（如果模型只涉及外表面的自接觸，那么可以使用），特別是這樣的模型都涉及內(nèi)部單元之間的接觸，下面給出一個(gè)例子和結(jié)果文件。
例子1：abaqus2020-二維-顯示分析-僅接觸對接觸-單元刪除法模擬裂紋
例子1：abaqus2020-二維-顯示分析-接觸對接觸+通用接觸-單元刪除法模擬裂紋
可以發(fā)現(xiàn)：接觸對接觸+通用接觸很好地解決了沖擊開裂下沖頭與基體、基體自身之間的穿透問題。
abaqus2020-二維-顯示分析-通用接觸+接觸對-brittle cracking-無穿透.rar
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插件介紹
Random Element Del - AbyssFish 插件可在Abaqus軟件內(nèi)對自建網(wǎng)格部件進(jìn)行指定區(qū)域內(nèi)的隨機(jī)單元刪除，可用于生成指定孔隙率或模擬缺陷等。
插件使用中指定需要進(jìn)行刪除的部件，這里的部件需要為網(wǎng)格部件。設(shè)定刪除單元的比例參數(shù)（Del Ratio）及限定需要?jiǎng)h除單元的范圍（Range）。參數(shù)設(shè)置完成后，點(diǎn)擊OK或Apply，插件將對部件進(jìn)行自動(dòng)隨機(jī)單元刪除。
使用說明
Del Ratio（%）參數(shù)為設(shè)定的Range范圍內(nèi)所需要?jiǎng)h除的單元比例，程序計(jì)算模式為計(jì)數(shù)比例。如將Del Ratio（%）設(shè)置為30，在 Range限定區(qū)域范圍內(nèi)共計(jì)1000個(gè)單元，將隨機(jī)刪除此區(qū)域內(nèi)的300個(gè)單元。
Range參數(shù)限定需要隨機(jī)單元刪除的范圍，其設(shè)置為關(guān)于三維坐標(biāo)x,y,z的判別式。如無需進(jìn)行范圍限定，即對整個(gè)部件進(jìn)行隨機(jī)單元刪除，最直接的方式可將Range設(shè)置為“1”即可。
可通過分別指定x，y，z三個(gè)坐標(biāo)的大小來進(jìn)行范圍限定，程序會(huì)對單元的重心坐標(biāo)進(jìn)行判斷，如單元重心坐標(biāo)滿足設(shè)定的范圍，將執(zhí)行隨機(jī)單元刪除。
也可將Range寫成函數(shù)表達(dá)式的方式，如下面樣圖為在球體內(nèi)部刪除一定數(shù)量的單元。
通過范圍的限定，可實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的部件。
關(guān)于Range的詳細(xì)設(shè)定說明可參照插件文件夾內(nèi)的運(yùn)算符說明及基本幾何表達(dá)式等資料。
生成的部件可用于有限元模擬，下圖為局部缺陷下的軸向拉伸應(yīng)力分布。
展開 【JY】Abaqus“殼”單元概述與應(yīng)用（三）——非線性擬協(xié)調(diào)固體連續(xù)殼單元CSS8
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傳統(tǒng)固體殼單元在處理幾何非線性、材料非線性及復(fù)雜邊界條件時(shí)，存在諸多難以克服的缺陷，這促使研究者探索新的單元構(gòu)造方法。非線性擬協(xié)調(diào)固體殼單元的提出，正是為了突破這些局限，其研究動(dòng)因主要源于以下幾方面：
（一）傳統(tǒng)固體單元的固有缺陷
自鎖現(xiàn)象普遍存在
傳統(tǒng)固體單元（如C3D8R）在模擬薄板殼結(jié)構(gòu)時(shí)，易出現(xiàn)剪切自鎖、薄膜自鎖、體積自鎖等問題。剪切自鎖源于單元位移插值無法準(zhǔn)確表征純彎曲狀態(tài)下的零剪切應(yīng)變，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果剛度偏高；薄膜自鎖則因低階形函數(shù)無法捕捉不可伸縮彎曲模式下的面內(nèi)應(yīng)變分布，使位移被低估；體積自鎖多見于近不可壓縮材料分析，由于單元無法準(zhǔn)確描述等體積運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致體積變化被過度約束。這些自鎖現(xiàn)象嚴(yán)重影響計(jì)算精度，尤其是在粗網(wǎng)格或大長高比結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)更為突出。
計(jì)算效率與精度的矛盾
為克服自鎖問題，需要采用增強(qiáng)假設(shè)應(yīng)變法（EAS）、假設(shè)自然應(yīng)變法（ANS）或雜交應(yīng)力法等，這些方法往往需要引入額外的內(nèi)部參數(shù)或復(fù)雜的數(shù)值積分，使得單元列式復(fù)雜、相對殼單元計(jì)算成本增加。
幾何非線性處理的局限性
現(xiàn)有非線性固體殼單元多基于連續(xù)體變形梯度的極分解處理幾何非線性，該方法不僅計(jì)算量大，且在 Cartesian 坐標(biāo)系下難以保證旋轉(zhuǎn)描述的準(zhǔn)確性。在大變形、大轉(zhuǎn)動(dòng)問題中，極分解可能導(dǎo)致切線剛度矩陣奇異，影響迭代收斂性。此外，傳統(tǒng)單元在處理不規(guī)則網(wǎng)格或畸變網(wǎng)格（如C3D8I）時(shí)，精度衰減明顯，難以滿足工程對復(fù)雜結(jié)構(gòu)分析的需求。
展開 在ABAQUS中使用Python腳本將有限元離散單元轉(zhuǎn)化成SPH單元方法介紹
以將CAE中的C3D8R單元轉(zhuǎn)換為PC3D為例：
使用ABAQUS建模離散為C3D8R單元，然后生成input文件。之后用Python腳本將進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換即可（腳本見附件）。
這里需要注意的是Python腳本轉(zhuǎn)換后的input文件只是將有限元離散單元轉(zhuǎn)換為sph單元的文件，還需要自己去修改后才能用。
SPH.zip
腳本運(yùn)行方法：
abaqus python solidtosph.py -inp <inputFileName> -part
