abaqus 單元選擇
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-02-27
abaqus 單元選擇的視頻教程
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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abaqus 單元選擇的實例教程
Abaqus中殼單元的選擇
如果一個薄壁構件的厚度遠小于其典型整體結構尺寸（一般為小于1/ 10 ），并且可以忽略厚度方向的應力，就可以用殼單元來模擬此結構。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。
展開 ABAQUS中的單元選擇
在有限元分析中，為了能夠得到較為精確的收斂解，一方面取決于所用模型的誤差，另一方面取決于模擬計算的誤差。一個好的有限元模型，不僅需要較高的網格質量，還需要擁有合適的單元類型。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？我認為首先要了解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。然后再根據分析類型和具體問題合理選擇。
ABAQUS中最常用的單元包括實體(Solid)單元、殼(Shell)單元和梁(Beam)單元。下面就根據自己對于ABAQUS應用實體單元的學習，將這些單元的特點和使用簡單總結如下：
實體單元主要包括完全積分、減縮積分、非協調以及雜交這四種常見的單元模式。
（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。
展開 如果想要以合理的費用得到高精度的結果，那么正確的選擇單元是非常關鍵的。對于ABAQUS經驗豐富的使用者，毫無疑問都會自己的單元選擇指南來處理各種具體的應用。但是，在剛開始使用ABAQUS時，下面的指導是非常有用的。
1、 實體單元選擇
以下單元選擇的建議適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit：
（1） 盡可能的減小網格的扭曲。使用扭曲的線性單元的粗糙網格會得到相當差的結果。
（2） 對于模擬網格扭曲過分嚴重的問題，應用網格細劃的線性、減縮積分單元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R等）。
（3） 對三維問題應盡可能地采用六面體單元。它們以最低的成本給出最好的結果。當幾何形狀復雜時，采用六面體單元劃分網格可能是非常困難的，因此，還需要楔形和四面體單元。這些單元（C3D4和C3D6）的一階模式是較差的單元（需要細劃網格以取得較好的精確度）。
（4） 某些前處理器包含了自由劃分網格算法，用四面體單元劃分任意幾何體的網格。對于小位移無接觸的問題，在ABAQUS/Standard中的二次四面體單元（C3D10）能夠給出合理的結果。這個單元的另一種模式是修正的二次四面體單元（C3D10M），它適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，對于大變形和接觸問題，這種單元是強健的，展示了很小的剪切和體積自鎖。但是，無論采用何種四面體單元，所用的分析時間都長于采用了等效網格的六面體單元。
展開 目前第一、二期直播已結束（聯系文末客服看回放），第三期直播<Abaqus仿真計算中的單元選擇>，已經開啟報名，歡迎參加~
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對于有限元分析的網格模型，不僅需要較高的網格質量，還需要擁有合適的單元類型。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。
展開 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。
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1、板殼力學及殼單元通常應用于一個方向尺寸遠小于另外兩個方向
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