ABAQUS單元的案例
ABAQUS 單元類型和選型規則
3）節點數，自由度僅在節點位置上計算，而其他位置上的數值則通過內部公式插值獲得，而插值方法由單元節點數確定，比如8 節點六面體單元，采用線性插值方式，稱為一階單元；而20 節點六面體單元，也就是在每條單元邊中間增加一個節點，采用二次方程插值，因此被稱為二階單元。
單元編號法則3：節點數量會在單元編號中直接體現，比如C3D8 中的‘8’表示8 節點；而其中的‘3’或‘2’后面跟著D 字符，則需要和‘3D’/‘2D’一起辨識為三維/二維單元。
4）單元架構，自由度和節點就像是零件，要把這些零件有機的組合起來，就需要裝配說明，而單元架構就是這樣的一套裝配說明，裝配好之后才能稱為單元。比如對于拉格朗日架構的單元，材料是跟隨單元同步移動；而歐拉架構的單元，材料則可以在單元中流動。
其次，為了滿足一些特殊的計算需求，會對一些基本構架進行修改，比如殼體單元分薄殼和厚殼，主要區別是否考慮殼體法向應力分量。
另外，不同自由度之間的耦合也是需要特殊的架構去描述。
5）積分點，其作用是為了簡化域內非均勻場的積分過程，而抽象出來的點，在計算過程中我們僅獲得積分點位置的材料響應，比如應力、應變等。所以在離散化過程中，積分點越多，單元內應力、應變的描述會更加準確些，但并不是越多越好。
積分點位置根據單元形狀以及高斯正交法則進行確定，如果不確定，可以查下幫助文檔分析手冊Elements 章節中有詳細介紹，下面為平面實體單元的積分點分布情況。三節點單元和四節點減縮積分單元均只有一個積分點，因此查詢單元應力時，只有一個應力數值；其它單元類型均有N 個積分點，也就會獲得N 個單元數值。
為了方便ABAQUS 的初學者，下面對ABAQUS單元類型選型規則匯總為如下表格
ABAQUS單元類型和選擇規則.png
展開 abaqus單元控制屬性小結
abaqus單元控制屬性小結
參照幫助文檔，對abaqus單元控制界面的每個選項進行了總結
僅供參考
如有錯誤，還望不吝賜教
Abaqus如何使用殼單元建模分析
Abaqus如何使用殼單元建模分析
前幾天突然需要用到Abaqus的殼單元，本以為會和ANSYS似的，直接修改單元類型即可，自己試了試發現完全不是這回事兒。沒辦法網上查了查，居然沒有Abaqus殼單元方面的實際操作，大多都是說殼單元的結果輸出之類的，看來筆者真是知道的太少，無奈之下還是只能自己試。
Abaqus的殼單元做分析在單元類型里面無法直接定義，而是通過材料屬性進行賦予的，但是材料屬性賦予的時候還得和模型的類型有關。下面大致說一下Abaqus用殼單元做分析的過程。
如圖1所示，建立Part時需要指定part類型，筆者想建一個平面，有厚度，用殼單元賦予厚度。那么Modeling Space必須是3D，如果選了2D那么就無法賦予殼單元屬性，雖然建模的時候確實只是建一個平面，但是還是3D，這個理解起來就只能是考慮有厚度，殼單元模型代表的還是3維實體模型。這個和ANSYS的概念還真不一樣，ANSYS沒這么繞。
圖1
之后建立了一個平面矩形，進入材料模塊。添加一個材料屬性后，需要創建一個Section，如圖2所示。
圖2
Section的Category指定為Shell，點擊Continue后，如圖3.
圖3
圖3中的Value指定殼單元的厚度，之后給模型賦予建立的Section，如圖4所示。
圖4
其中的Shell Offset下面有五個選項，這個意義很好理解，殼單元厚度的定義方式，中面底面頂面等。
再到Mesh模塊下面，即可發現有殼單元選項Shell，如圖5所示。
圖5
Abaqus的殼單元類型S4R(縮減積分單元)，還可以通過Quadratic指定為二次單元S8R。
再往后的過程就和其他一致，不作贅述。
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淺談Abaqus單元刪除的一般方法.pdf
abaqus單元刪除的一般方法（轉載）
我一般是選linear，用起來比較方便（其他的具體可以參考Abaqus Analysis User's Manual19.2.3），見圖1。接下來用戶就要輸入損傷最大為1的時候對應的塑性位移值了 ，它的表達式為（見圖2）
這幾個參數的含義分別為塑性位移率，單元特征長度（我理解為單元長度），等效塑性應變率。而損傷率采用（見圖3）
來控制。但損傷率之和達到1的時候，單元失效。說白了就是一個單元的塑性應變稱與單元長度，大于你規定的數值時單元就失效了。
當然這只是談到了單元的失效，而具體的單元刪除還有一些小技巧。
1）技巧1，由于材料在計算過程中引入了一個狀態變量，所以在step下fieldoutput中材料參數選擇的時候，選上status。
2）在abaqus6.5中單元刪除好像不是默認顯示，所以需要在后處理中自行設置。具體設置的方法是在visualization下選擇狀態變量輸出，而后的點擊create display group，在彈出的對話框中選擇elements 與下面的set value。這時可以看到有一個位置讓你輸入min value與max value。由于刪除但與的狀態變量為0，所以在最小之中輸入0.1，而最大值大于1就可以了。
另外需要注意的是單元選擇不是選錯了，有一回我沒用explicit下的單元，結果在后處理當中就是沒有狀態變量。
以上為個人的經驗，如果有什么問題也歡迎大家探討。
附件是本人做的一個小例子的inp很簡單，作為參考。
abaqus單元刪除的一般方法.pdf
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展開 Abaqus仿真計算中的單元選擇
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 Abaqus中殼單元的選擇
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
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 ABAQUS梁單元的應用
從單元的第一節點到下一個節點的矢量被定義為沿著梁單元的局部切線t，梁的橫截面與局部切線矢量垂直。矢量n1和n2代表梁橫截面的局部軸。3個矢量t，n1，n2構成了符合右手法則的局部直角坐標系，如圖3。
對于二維梁單元，n1的方向總是（0.0, 0.0, -1.0）。
對于三維梁單元，給定一個近似的n1方向，ABAQUS定義梁的n2方向為t×n1。在n2確定后，ABAQUS定義實際的n1方向為n2×t。上述過程確保了局部切線與局部梁截面軸構成了一個正交系。
4.梁單元的選擇
（1）對任何涉及到接觸的分析，應使用一階、有剪切變形的梁單元（B21，B31）。
（2）如果橫向剪切變形非常重要，則采用Timoshenko（二階）梁單元（B22，B32）。
（3）對于結構剛度非常大或非常柔軟的結構，在幾何非線性分析中應當使用雜交梁單元（B21H，B32H，等）。
（4）ABAQUS隱式求解器中，Euler-Bernoulli三次梁單元（B23，B33）模擬承受分布載荷作用的梁有很高的精度。
（5）ABAQUS隱式求解器中，模擬開口薄壁橫截面的結構應該采用應用了開口橫截面翹曲理論的梁單元（B31OS，B32OS）。
ABAQUS梁單元的應用.pdf
展開 Abaqus單元刪除的一般方法
1.單元刪除的功能和目的：
有限元本身是基于連續介質力學，這一理論就是物質在空間域是連續的。通俗的說，就是物體劃分成單元后，單元一般是不會消失的。但是工程中有切削、斷裂、破壞的情況發生。為了模擬這些情況ABAQUS提供了單元失效功能。
2.ABAQUS中單元失效方法：
①單元直接刪除方法
這種方法可用來模擬基坑、隧道開挖導致的材料消失。關鍵就是在 key word 中加一行關鍵字 *MODEL CHANGE ,TYPE=ELEMENT, ROMOVE Set-1. Set-1為所定義的單元集合，這一集合需要事先定義。而這一關鍵字一般位于STEP后，用戶想在哪一步刪除單元，就在哪一步后添加。
需要注意的是，這種方法單元是直接刪除，容易造成總剛陣奇異，使結果不易收斂。改進的辦法就是引入溫度狀態變量，事先就是單元剛度減弱。
②單元損傷失效
首先此方法只能在explicit模塊下使用，這一方法本身是為了描述損傷對于材料剛度的影響。ABAQUS通過狀態變量的值來控制單元的刪除與否。具體來說就是：status=1,單元保留;status=0,單元刪除。損傷一般分為拉伸損傷和剪切損傷。對于剪切損傷而言，需要注意首先在property中選擇shear damage.其中的參數選擇視實際情況而定。定義損傷以后還要定義，damage evolution,一般的類型有displacement 和energy。一般選擇displacement。Softening則是控制著具體位移（能量）與損傷的對應關系，見下圖：
接下來要輸入損傷為1的時候的塑性位移值，表達式為：
損傷率表達式為：
，即單元的塑性應變乘單元特征長度大于你所規定的值時，單元失效。
③VUMAT
Vumat 方法最靈活，難度也最大。
展開 ABAQUS中實體單元的應用
然后，對于接觸問題，應采用細化網格的線性、減縮積分單元或者非協調單元(CAX4I，C3D8I等)。
ABAQUS中實體單元的應用.pdf
ABAQUS單元的選擇
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 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列12： 幾何梁單元的剛度矩陣 ￥1
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/343905
第三篇：S4殼單元的剪切自鎖和沙漏控制。介紹Abaqus的S4單元如何來消除剪切自鎖以及S4R如何來抑制沙漏的。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/350865
第四篇：非線性問題的求解。介紹Abaqus在非線性分析中采用的數值計算的求解方法。
http://www.yqgqt.org.cn/content/post/360565
第五篇：單元正確性驗證。介紹有限元單元正確性的驗證方法，通過多個實例比較自研結構求解器程序iSolver與Abaqus的分析結果，從而說明整個正確性驗證的過程和iSolver結果的正確性。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/373743
第六篇：General梁單元的剛度矩陣。介紹梁單元的基礎理論和Abaqus中General梁單元的剛度矩陣的修正方式，采用這些修正方式可以得到和Abaqus梁單元完全一致的剛度矩陣。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/403932
第七篇：C3D8六面體單元的剛度矩陣。介紹六面體單元的基礎理論和Abaqus中C3D8R六面體單元的剛度矩陣的修正方式，采用這些修正方式可以得到和Abaqus六面體單元完全一致的剛度矩陣。
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/430177
第八篇：UMAT用戶子程序開發步驟。介紹基于Fortran和Matlab兩種方式的Abaqus的UMAT的開發步驟，對比發現開發步驟基本相同，同時采用Matlab更加高效和靈活。
展開 ABAQUS彈簧單元應用實例
兩個圓盤平行，相距5m，用彈簧單元連接。
如圖所示，上面的圓盤受壓，與下面的圓盤通過彈簧連接。下面的圓盤用接地彈簧約束住。這個例子可以很好的幫助初學者理解彈簧的使用方法和原理，具體操作步驟見pdf文件，命令流見inp文件。
ABAQUS彈簧單元應用實例.pdf
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展開 有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列1：S4殼單元剛度矩陣研究
有限元的理論發展了幾十年已經相當成熟，商用有限元軟件同樣也是采用這些成熟的有限元理論，只是在實際應用過程中，商用CAE軟件在傳統的理論基礎上會做相應的修正以解決工程中遇到的不同問題，且各家軟件的修正方法都不一樣，每個主流商用軟件手冊中都會注明各個單元的理論采用了哪種理論公式，但都只是提一下用什么方法修正，很多沒有具體的實現公式。商用軟件對外就是一個黑盒子，除了開發人員，使用人員只能在黑盒子外猜測內部實現方式。
一方面我們查閱各個主流商用軟件的理論手冊并通過進行大量的資料查閱猜測內部修正方法，另一方面我們自己編程實現結構有限元求解器，通過自研求解器和商軟A的結果比較來驗證我們的猜測，如同管中窺豹一般來研究的修正方法，從而猜測商用有限元軟件的內部計算方法。我們關注CAE中的結構有限元，所以主要選擇了商用結構有限元軟件中文檔相對較完備的Abaqus來研究內部實現方式，同時對某些問題也會涉及其它的Nastran/Ansys等商軟。為了理解方便有很多問題在數學上其實并不嚴謹，同時由于水平有限可能有許多的理論錯誤，歡迎交流討論，也期待有更多的合作機會。
iSolver介紹視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884
===第一篇：S4殼單元剛度矩陣研究。
Abaqus的殼單元剛度矩陣的理論基礎都是Kirchihoff（薄殼）和Mindlin（厚殼）理論，本章重點研究S4殼單元，該單元基于Mindlin理論，在自編程序中根據Mindlin理論編寫后和Abaqus結果對比，可以發現Mindlin和Abaqus差異很大，然后結合幫助文檔猜測Abaqus的S4單元的內部修正方法。
===S4單元修正方法總結
Abaqus的S4單元的薄膜效應剛度和面外彎曲剛度矩陣是完全積分，面外橫向剪切剛度是減縮積分。
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