abaqus實體殼單元的案例
ABAQUS實體、殼、梁單元的軸力、剪力、彎矩的提取方式及準確性驗證 ￥8
在ABAQUS中，對結構或者構件進行受力分析除了分析應力云圖之外，通常還需要對部件的軸力、剪力或彎矩的變化趨勢進行分析。本帖基于以下的實體solid、殼shell、梁/beam（truss）模型，分別提取這三類模型的軸力、剪力、彎矩，并與理論計算相結合，驗證提取結果的準確性，并解釋相應有限元的計算原理。
計算模型
梁單元計算結果
實體單元計算結果
殼單元計算結果
帖子內(nèi)容概況
走出復合材料實體殼單元與實體單元的誤區(qū)
首先，用composite layup工具直接為復合材料層合板建模，是ABAQUS的一個快捷的工具，其中包括三種單元類型：殼單元、實體殼單元、實體單元。如下圖：
首先對于傳統(tǒng)的殼單元則模型是一個平面，只能是一層單元了，這個是毫無疑問的了。而對于實體殼，其實是三維單元，只不過它采用了傳統(tǒng)殼的本構模型；實體單元當然是三維的了。
若采用后面兩種單元，如果在Edit Composite Layup中選擇Region的時候直接對實體部件進行選擇，如果在在厚度上只有一層單元，這樣是沒有問題的。如果是兩層以上，那么在每一層單元上都會賦予在Composite Layup中所有的鋪層，也就是說這時候就重復了，所以在幫助文件里說如果在厚度上單元多于一個就會出現(xiàn)不希望出現(xiàn)的結果。
但是這并不是說在厚度方向（即復合材料的疊層方向）上只能劃分一層單元，如果層合板太厚，就會影響結果的精度。其實在厚度上可以劃分多余一層的單元，方法如下：
首先要計算好在厚度上要劃分幾層單元，建議不要太多，會帶來很大的麻煩，對結果也沒有太大的幫助，例如，厚度為10，每一復合材料單層的厚度為2（當然每一層不一定相等），共5層，我在厚度上劃分兩層單元，第一層上有兩個復合材料單層，厚度共為4,；第二層單元有3個復合材料單層，厚度共為6。這樣首先我在部件實體上劃分單元，由于這里的單元邊長不一樣，為了精確劃分，使用下圖中的邊撒種子偏心（seed edge：Biased），當然如果均等就沒有必要這樣劃分了，可以直接撒種子個數(shù)。這樣劃分出如下圖中的網(wǎng)格。
首先為兩層單元分別建立composite layup，在Region里選擇的時候一定不要再直接選擇實體了，而是要選擇一層的單元。分別為其選擇相應一層的單元，這樣就ok了。
用不同分層方法算了一個簡單例子（見附件），運算結果區(qū)別較大，大家認為哪一個比較精確？
展開 ANSYS APDL實體單元和殼單元（不共節(jié)點）之間的連接 ￥100
實體單元和殼單元之間的連接是ANSYS中常見的問題。即使兩種單元之間共節(jié)點，但單元之間不連續(xù)（實體單元每個節(jié)點有3個平動自由度，而殼單元每個節(jié)點有3個平動自由度和3個轉動自由度），對于兩種單元之間面面接觸，可直接定義剛域，本文主要采用MPC法對實體-殼單元的連接方法進行說明。
1 單元類型
算例模型中，實體單元采用SOLID45，殼單元采用SHELL63，接觸位置不共節(jié)點。對于兩種單元之間的連接，通過目標單元TARGE170和接觸單元CONTA175實現(xiàn)，定義約束為實體-殼約束，接觸單元為MPC算法，接觸類型為綁定接觸。
2 有限元模型和綁定接觸
圖1 底部固定約束，殼單元施加均布荷載
圖2 目標單元和接觸單元
3 計算結果
圖3 von Mises stress
圖4 X-Component of displacement
付費內(nèi)容為相關命令流。
展開 workbench-ACP復材殼單元與實體單元對比仿真-實例2
一、目標
1、實體單元鋪層過程
2、對比復材殼單元與實體單元模擬結果
二、實例說明
1、材料參數(shù)：選擇軟件自帶（FAW290，RC39）
2、模型尺寸：100*200mm，片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、生成實體單元，查看層間應力、失效情況
三、仿真過程
前面步驟與實例1一樣
鋪層結束后在ACP（pro）界面生成實體
若為多結構產(chǎn)品鋪層，需連接處需填充樹脂，模擬成型固化后樹脂填充。
shell normal殼單元法向填充，不改變反向，
surface normal填充方式為新生成實體單元的法向改變下一層實體單元拉伸方向
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
編輯
跳轉
10
四、結果對比
1、從結果看，厚2.4mm，殼單元與實體單元分析結果差異較小；
2、厚度9.6mm，屬于大變形范圍，殼單元與實體單元應力差異較大，變形差異較小；
3、此實例結果僅供參考，實際過程產(chǎn)品結構不會這么簡單，存在實心區(qū)域，蜂窩結構，金屬件與復材搭接，復材變截面等結構，整理來說，厚度較薄時可采用薄殼單元處理。
展開 
使用等效結構應力法預測殼單元/實體單元焊趾的疲勞壽命
建立了以殼單元和實體單元建模的焊縫模型，并標記了焊趾點位置。
2.在不同的兩個工況天下對模型施加兩種載荷，并計算焊趾處的節(jié)點結構應力。
3.提取兩種模型焊趾處的節(jié)點力。
4.使用自己編寫的代碼計算兩種模型的焊趾等效結構應力，并計算損傷。
有意咨詢代碼或算法相關問題的可私聊我。
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（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。連續(xù)實體殼單元 (CSS8)、非協(xié)調(diào)元 (C3D8I) 和連續(xù)殼單元 (SC8R) 是 Abaqus 中常用于復合材料和薄壁結構分析的三種單元類型，各自具有獨特的理論基礎和適用場景。
相關閱讀：
【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
除了上述采用類實體單元的“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)點減縮積分殼單元，基于經(jīng)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(xiàn)穩(wěn)定，將該單元作為對比基準，對上述實體類“殼”單元進行對比分析。
本文旨在對這三種單元類型進行深入比較研究，從理論基礎、自由度、材料本構、積分方案、閉鎖敏感性、計算成本等多個維度展開分析，為工程實踐中的單元選擇提供參考。特別是針對復合材料分析、金屬薄壁結構模擬以及混合建模等應用場景，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算成本和精度表現(xiàn)。
單元類型基本原理與特點
2.1 連續(xù)實體殼單元 (CSS8)
連續(xù)實體殼單元 (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：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節(jié)點六面體單元，僅有位移自由度 (無轉動自由度，與實體單元一致)，與實體單元混合建模時易于處理連接過渡。
展開 abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設置
使用多點約束MPC，實現(xiàn)實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接如何設置，實體單元梁彎矩曲線怎么提取？可下載附件，也可觀看視頻。
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c15810?nagivator=course
abaqus實體-梁單元，實體-實體單元，梁-梁單元鉸接設置.rar
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（三）——非線性擬協(xié)調(diào)固體連續(xù)殼單元CSS8
【相關閱讀】
【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
【JY】Abaqus 三維應力單元解析、選擇與應用指南
【JY】Abaqus“殼”單元概述與應用（二）——固體殼單元
傳統(tǒng)固體殼單元在處理幾何非線性、材料非線性及復雜邊界條件時，存在諸多難以克服的缺陷，這促使研究者探索新的單元構造方法。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）在模擬薄板殼結構時，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確表征純彎曲狀態(tài)下的零剪切應變，導致計算結果剛度偏高；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，由于單元無法準確描述等體積運動，導致體積變化被過度約束。這些自鎖現(xiàn)象嚴重影響計算精度，尤其是在粗網(wǎng)格或大長高比結構中表現(xiàn)更為突出。
計算效率與精度的矛盾
為克服自鎖問題，需要采用增強假設應變法（EAS）、假設自然應變法（ANS）或雜交應力法等，這些方法往往需要引入額外的內(nèi)部參數(shù)或復雜的數(shù)值積分，使得單元列式復雜、相對殼單元計算成本增加。
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，該方法不僅計算量大，且在 Cartesian 坐標系下難以保證旋轉描述的準確性。在大變形、大轉動問題中，極分解可能導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，精度衰減明顯，難以滿足工程對復雜結構分析的需求。
展開 三維實體模型能不能用殼單元
為了容易裝配，模型全部建的實體模型，請問還能運用殼單元嗎？
如果想使用該如何操作？
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
圖10 實體網(wǎng)格
到了這一步還沒有結束，最后計算時我們不需要殼單元，只需要實體單元，但是表面一層是殼單元劃分的，怎么辦呢？
先刪除表面一層的單元，是的，可以直接刪除。
圖11 網(wǎng)格清除
清除之后，再刪除shell181。如圖12。
圖12 刪除shell181
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
圖10 實體網(wǎng)格
到了這一步還沒有結束，最后計算時我們不需要殼單元，只需要實體單元，但是表面一層是殼單元劃分的，怎么辦呢？
先刪除表面一層的單元，是的，可以直接刪除。
圖11 網(wǎng)格清除
清除之后，再刪除shell181。如圖12。
圖12 刪除shell181
ANSYS巧用殼單元給實體劃分六面體網(wǎng)格
圖10 實體網(wǎng)格
到了這一步還沒有結束，最后計算時我們不需要殼單元，只需要實體單元，但是表面一層是殼單元劃分的，怎么辦呢？
先刪除表面一層的單元，是的，可以直接刪除。
圖11 網(wǎng)格清除
清除之后，再刪除shell181。如圖12。
圖12 刪除shell181
探究有限元分析中的網(wǎng)格類型：殼單元、實體網(wǎng)格
有限元分析通過將復雜的結構分解為許多小的單元（即網(wǎng)格），然后通過對每個單元進行數(shù)學建模和分析，來模擬實際系統(tǒng)的行為。
1. 殼單元
殼單元是一種用于分析薄壁結構的二維網(wǎng)格類型。這些結構可能包括板、殼等。
殼單元通過將結構分割成許多小的三角形或四邊形單元來建模。
在殼單元中，每個單元代表了結構的一個小區(qū)域，其具有自己的厚度和受力特性。
殼單元的數(shù)學原理基于薄壁結構的理論，其中厚度方向的變形通常被忽略，從而簡化了模型的建立和求解過程。殼單元適用于考慮板、殼的彎曲、扭曲等變形行為。
2. 實體網(wǎng)格（3D）
實體網(wǎng)格是用于三維模型的網(wǎng)格類型。
它將模型中的幾何體分割成許多小的立方體或四面體單元。這些單元可以是六面體、四面體或其他類型的體元。
實體網(wǎng)格的數(shù)學原理基于三維立體幾何和體積力學理論，可以用于模擬各種三維結構的力學行為，如固體力學、熱力學等。
區(qū)別和應用
在計算上，殼單元、實體網(wǎng)格各有其優(yōu)缺點和適用范圍。
殼單元適用于分析薄壁結構的變形行為，適用于工程中許多板、殼等結構的分析。
實體網(wǎng)格適用于對三維結構的力學行為進行綜合分析，包括體積效應和復雜的幾何形狀。
平面網(wǎng)格適用于分析平面結構，例如平板、橋梁等，其計算效率較高，但只適用于忽略結構厚度變化的情況。
歡迎留言批評指正。如果本文存在不夠清晰或準確之處，請您不吝賜教。
個人學習總結，整理不易，未經(jīng)本人允許請勿搬運。
展開 殼單元實體變截面箱梁模型，底板按二次拋物線變化
殼單元實體變截面箱梁模型，底板按二次拋物線變化
單元類型：shell63 solid45 beam4
shell63 單元數(shù)19488 solid45單元數(shù)1600 beam4單元數(shù)16
殼單元：厚度為10
beam4單元屬性：10,10**4/12,10**4/12,10,10
材料屬性：彈性模量 2e6 泊松比 0.167
負主跨：
負主跨1：
負邊跨：
負邊跨1：
正主跨：
正邊跨：
連接：
橋墩：
網(wǎng)格：
局部：
約束&加載：
位移云圖：
x方向應力云圖：
展開 【JY】Abaqus殼單元概述與應用（一）
厚殼單元：如 S8R、S8RT 等，二階四邊形單元，在小應變和載荷使計算結果沿殼的跨度方向上平緩變化的情況下，比普通單元產(chǎn)生的結果更精確。
連續(xù)殼單元：如 SC6R（6 節(jié)點線性單元）和 SC8R（8 節(jié)點縮減積分單元），用于復合材料層合板建模，能夠更準確地描述復合材料厚度方向的剪切變形。
1.3 殼單元自由度與坐標系統(tǒng)
殼單元的自由度包括三個平動自由度（沿三個坐標軸方向的位移）和三個轉動自由度（繞三個坐標軸的旋轉）。殼單元法線方向決定了單元的正和負表面，為了正確地定義接觸和解釋輸出數(shù)據(jù)，必須清楚其對應的是哪個面。殼法線還定義了施加在單元上正壓力載荷的方向，并可以在 Abaqus/Post 中顯示。
殼單元利用材料方向局部化到每個單元。在大位移分析中，局部材料軸隨單元而轉動。ORIENTATION 被用來定義非默認的局部坐標系統(tǒng)。單元的變量，如應力和應變，在局部方向輸出。而TRANSFORM 定義節(jié)點的局部坐標系，集中載荷和邊界條件被應用在局部坐標系中。所用節(jié)點的輸出，如位移，也默認為基于局部的坐標系。
2 殼單元選擇策略與應用場景
2.1 殼單元與實體單元的選擇比較
在決定使用殼單元還是實體單元時，應考慮以下因素：
結構幾何特征：殼單元適用于模擬有一維尺寸（厚度）遠小于另外兩維尺寸，且垂直于厚度方向的應力可以忽略的結構。如果結構的厚度與其他尺寸相比并不顯著較小，或者需要考慮厚度方向的應力分布，則應考慮使用實體單元。
分析目標：如果分析目標是結構的整體變形、應力分布及屈曲特性，殼單元通常足夠。如果需要精確模擬厚度方向的應力分布或層間應力，則應使用實體單元或連續(xù)殼單元。
計算效率：殼單元由于將三維問題簡化為二維分析，計算效率通常高于實體單元，特別是對于大型復雜模型。
展開 