abaqus 單元類型
關注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-02-27
abaqus 單元類型的視頻教程
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(qū)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 單元類型的實例教程
Workbench如何查看單元類型和修改單元類型
Workbench這個平臺功能確實很強大，但是對有限元分析問題的思維卻丟了很多，與傳統(tǒng)的ANSYS經典相比。似乎過分追求界面的易用性，就像是單反相機往傻瓜相機的方向發(fā)展似的。
學習有限元的時候，靠在比較前面的一步就是離散化，而離散化與單元類型關系緊密，workbench則直接省略了單元這一塊，根本讓人感覺不到單元的存在，如果不是有特殊要求的話。本次針對Workbench的單元作相關說明。
1.查看單元類型
Workbench有默認的單元類型和材料類型，材料類型先不說，單元類型實體默認的是Solid186（3D20N），劃分完之后在Model界面無法直接看到單元類型，需要在workbench的主界面進行相關操作，如圖1所示，在Component Systems 下面的Finite Element Modeler，拖曳一個并與Model連接，之后進入Finite Element Modeler。
圖1
圖2
進入后可以看到一份單元和網格的詳細信息，包括單元數(shù)目節(jié)點數(shù)目單元類型等等，但是圖2中注意到，對應與Mechanical APDL 的單元類型居然是Mesh200，而對應于ABAQUS的單元類型是C3D20（三維20節(jié)點），根據ABAQUS的單元類型可以知道該單元確實是SOLID186，但是顯示的是Mesh200。
Mesh200是一個特殊單元類型，實際不參與任何計算，可以當做沒有屬性的單元。由此可知，劃分完只會顯示Mesh單元，實際提交運算時才根據Solid186進行計算。
2.修改單元類型
當需要修改單元類型時，如果是將二次單元修改為依次單元，比如186單元修改為185單元，那么可以直接在Model界面修改。
展開 網格單元的出現(xiàn)源于離散化求解，離散化把連續(xù)求解域離散為若干有限的子區(qū)域，分別求解各個子區(qū)域的物理變量，各個子區(qū)域相鄰連續(xù)與協(xié)調，從而達到整個變量場的協(xié)調與連續(xù)。每個子域內通過數(shù)學物理公式描述，單個這樣的子域就稱為單元。
有限元方法不僅應用于力場分析，還可以應用到溫度場、磁場、滲流場等分析領域，對于不同類型場的基本物理定律也是不一樣的，因此就需要用到不同的單元類型，如果需要考慮多場分析，就需要單元同時考慮所需場、以及場之間的耦合關系，也就出現(xiàn)了耦合單元；耦合分析雖然能獲得更準確的計算結果，但計算成本會增大，因此我們需要根據分析的問題來簡化問題，選擇合適的單元類型。
在選單元之前，我們先了解一下ABAQUS 單元編號法則，而了解單元編號法則就不得不提ABAQUS中單元具備的五個基本要素，分別是：
1）單元族群，如下圖所示為力學分析中常用的單元族群，這些族群的主要區(qū)別在于幾何特征的差異，適合于研究不同的結構類型，選擇合適的族群可以在不降低計算精度條件下，減少計算量，比如：一座高樓大廈如果全用實體單元建模，可能需要千萬甚至上億個實體單元，但如果將大廈的梁柱簡化為梁單元，墻和樓板簡化為殼單元模擬，單元數(shù)量將急劇減少。
單元編號法則1：它們的首字母或前幾位字符通常會作為單元編號的起始字符。比如：‘C3D8’中首
字母‘C’為Continuum elements 的首字母。
2）自由度，是分析過程中計算的基本變量，比如力學分析中的自由度是節(jié)點的平移和旋轉自由度；傳熱分析中需要考慮的自由度是節(jié)點溫度；滲流分析則是孔隙壓力自由度……
單元編號法則2：單元自由度通常由單元族群和尾部字符確定，比如尾部字符包含T，則表示包含溫度自由度，包含P，則表示包含孔壓自由度。
展開 針對不同的單元類型（Solid單元、Shell單元、Beam單元），Abaqus提供了多種不同的定義初始溫度場的方法，可以根據實際情況靈活的選擇不同的定義方式，從而更加精確的實現(xiàn)仿真分析。下面簡單的介紹一下在Abaqus中以上三種單元定義初始溫度場的方法。
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Solid單元初始溫度場定義
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Shell單元初始溫度場定義
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Beam單元的初始溫度場定義
這三部分單元的初始溫度場定義詳見附件：
淺談abaqus針對不同單元類型的初始溫度場定義.pdf
展開 來源：力學與Abaqus仿真
對于大多數(shù)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(xié)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(xù)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(qū)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(qū)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(tài)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(yōu)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 通過圖形界面查詢
打開單元列表窗口：在主菜單中選擇Main Menu > General Postproc > Element Table > List Elem Table ，在彈出的對話框中可以查看單元信息，包括單元類型。
ANSYS Workbench 界面
1. 通過 Finite Element Modeler 查看
連接模塊：在 Workbench 主界面的 Component Systems 中找到 Finite Element Modeler 并將其拖拽出來，然后與 Model 模塊連接。
查看信息：雙擊 Finite Element Modeler 中的 Model 進入該界面，在 Import Summary 里能看到單元和網格的詳細信息，其中包含單元類型。需要注意的是，對應于 Mechanical APDL 的單元類型可能顯示為 Mesh200，而對應于 ABAQUS 的單元類型會顯示正確的類型，如 C3D20（對應 SOLID186） 。Mesh200 是特殊單元類型，實際不參與計算，可當作無屬性單元，實際提交運算時會根據正確的單元類型進行計算。
2. 在 Solution Information 中查看
在 Workbench 的分析樹里選擇 “Mesh”，接著查看 Solution Information 區(qū)域，這里會顯示單元類型信息，但可能不夠詳細。
3. 通過 APDL 命令查看
生成數(shù)據庫文件：在 Workbench 的分析設置中，把 Analysis Data Management 下的 Save MAPDL DB 選項設置為 “Yes”，分析完成后，工作目錄會生成一個額外的.db 文件。
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