單元類型處理
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
單元類型處理的視頻教程
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喵星人教你學會鋼筋混凝土殼單元的前處理與后處理
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（通常不超過1/5）的結構。由于其采用了Kirchhoff板假定，在此情況下相比實體單元，殼單元形函數更加逼近實際情況，其計算精度與計算代價均優于實體單元。 ABAQUS提供了鋼筋混凝土板配筋的接口，這種建模方法通常比較冷門且后處理相對不主流，今天喵星人就通過一個視頻教你學會鋼筋混凝土殼單元的前處理與后處理。
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單元類型處理的實例教程
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，包括單元數目節點數目單元類型等等，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 通過對比兩次計算的結果發現：
1）全部使用Solid單元進行分析和使用Solid單元和Beam單元連接起來進行分析，
計算結果幾乎完全一致；（整體應力最大數值的大小和位置，使用solid單元計算存在應力奇異，不進行比較）。
2）使用Solid單元和Beam單元建模和全部使用solid單元進行建模相比，節點數量大大減少，
顯著
降低了計算量。
三、連接原理。
詳見上篇文章
《ANSYS不同單元類型連接專題（一）Solid-Beam單元的連接》。
至此，本文完結。
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展開 前面文章主要講解了2d梁單元與2d實體單元的剛接問題，今日主要講解3d梁單元與殼單元的剛接問題。前面文章有講，梁單元除ROtZ外與殼單元有5個自由度物理意義相同，因而，當需要考慮梁單元與殼單元的剛接問題時，只需考慮該自由度與殼單元其他自由度的約束方程。具體處理方式可根據實際情況采用不同的處理方法。
3d梁單元與殼單元剛性連接按照位置關系的不同，可分為三類：
1）梁單元以一定角度與殼單元相交。
2）梁單元包含在殼單元內。
3）梁單元在殼面但不包含的情況。
下面對這三類情況分別進行闡述。
一、梁單元以一定角度與殼單元相交
該類情況示意圖如下：
此種方式可以通過梁單元自由度ROTZ與殼單元其他自由度之間的數學關系，建立約束方程，命令流為CE。很多教材上面都有梁單元垂直穿過殼單元的經典案例，例如一個典型的采用CE建立約束方程的命令流如下：
CE,1,0,142,ux,1,23,ux,-1,2,rotz,ny(142)-ny(58)
CE,2,0,92,uy,1,30,uy,-1,2,rotz,-(nx(92)-nx(30))
此種處理方式水哥個人不推薦，一則建立數學關系太煩，二則在一個工程中，如果此類情況較多，工作量實在太大，所以一般這類情況我們是通過建立剛性區域解決，這種方式會自動生成約束方程，雖不如之間建立約束方程合理，但能大大減少工作量。
關于剛性區域的討論，下期文章講解。
二、梁單元包含在殼面內的情況
此種情況應該是工程中最多的情況，典型情況便是我們經常所見樓板與梁的連接。
展開 下面是有關ANSYS分析中的單元選擇方法：
一、單元類型選擇概述：
ANSYS的單元庫提供了100多種單元類型，單元類型選擇的工作就是將單元的選擇范圍縮小到少數幾個單元上；
單元類型選擇方法：
1.設定物理場過濾菜單，將單元全集縮小到該物理場涉及的單元；
二、單元類型選擇方法
2.根據模型的幾何形狀選定單元的大類，如線性結構則只能用“Plane、Shell”這種單元去模擬；
3.根據模型結構的空間維數細化單元的類別，如確定為“Beam”單元大類之后，在對話框的右欄中，有2D和3D的單元分類，則根據結構的維數繼續縮小單元類型選擇的范圍；
三、單元類型選擇方法
4.確定單元的大類之后，又是也可以根據單元的階次來細分單元的小類，如確定為“Solid-Quad”，此時有四種單元類型：Quad 4node 42 Quad4node 183 Quad 8node 82 Quad 8node 183 前兩組即為低階單元，后兩組為高階單元；
四、單元類型選擇方法
5.根據單元的形狀細分單元的小類，如對三維實體，此時則可以根據單元形狀是“六面體”還是“四面體”，確定單元類型為“Brick”還是“Tet”；
五、單元類型選擇方法
6.根據分析問題的性質選擇單元類型，如確定為2D的Beam單元后，此時有三種單元類型可供選擇，如下：2D elastic 3 2Dplastic 23 2D tapered 54，根據分析問題是彈性還是塑性確定為“Beam3”或“Beam4”，若是變截面的非對稱的問題則用“Beam54”。
展開 不同單元類型連接，對初學者來說一直是個困擾，筆者在學習ANSYS的時候，也遇到了這個問題。今天開始，筆者將對ANSYS不同單元類型連接開設一個專題，仔細和大家說說不同單元類型，到底該怎么連。
我們知道，相同自由度的單元（如Beam-Shell）進行連接時，可以直接使用共節點連接；而不同自由度的單元連接時，需要建立約束方程。
注意：單元自由度的異同有兩個含義，即單元的自由度個數和自由度的物理意義。
為了給大家進行軟件操作演示，筆者隨便瞎編亂造了一個結構：橫截面為10mm×10mm，長度為200mm的方形梁，底端開了一個直徑為5mm的孔，模型如下。
我們知道，細長結構，我們可以使用Beam單元進行分析，可偏偏有好事者在一個完美的梁結構上開了個孔，這樣直接導致我們無法對其整體使用Beam單元了，那這樣的結構我們該如何處理呢？提供以下兩種方法：
方法一：對整個結構使用Solid單元進行分析；
方法二：孔附近使用Solid單元，其余位置使用Beam單元。這樣就引入了不同單元類型連接的問題。
為了比較不同單元類型連接后的精度，筆者建立了兩個靜力學項目：一個是全部使用Solid單元進行分析的模型
solid；另一個是使用Solid單元和Beam單元連接起來分析的
solid_beam。
打開workbench，建立兩個靜力學項目，分別命名為“solid”和“solid-shell”，并導入建立的幾何模型。
一、solid-beam計算。
展開 
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還是前面的原因造成的：壓力是速度的降階，應該更換單元類型進行壓力處理。
使用高階單元
改用三角形二次單元作為速度單元，三角形線性單元作為壓力的單元，并且不使用罰函數，速度和壓力耦合求解，結果就對了。
改進后速度、壓力結果
文獻結果
<p><span style="color: rgba(0, 0, 0, 0.9);">應力為典型的張量，具有明顯的坐標相關性，大家常用查看單元應力方向的方法為直接通過整體坐標系判斷XYZ方向，但這種方法僅適用于實體單元，對于其他類型單元（例如殼單元、Beam單元、Truss單元、Cohesive單元等）或特殊坐標系下的實體單元則不再適用，若仍然采用整體坐標系判定方向則會限制對后處理結果的解讀。今天喵星人就通過一個教程帶大家學習不同類型單元的應力方向應該如何看
ABAQUS中的殼單元大家通常用于模擬鋼板等鋼結構，對于混凝土板殼，新手可能對內部的配筋方式，以及前后處理方法可能存在各種問題。實際上，ABAQUS提供了鋼筋混凝土板配筋的接口，這種“寫入式”而不進行直接建模的方法通常比較冷門且后處理相對不主流。今天喵星人就通過一個教程教你學會鋼筋混凝土殼單元的前處理與后處理。
0.前提
使用板殼單元的有限元模擬必須有兩個前提：
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
在 ANSYS 中查詢單元類型有多種方法，下面將針對經典 APDL 界面和 Workbench 界面分別展開介紹。
經典 APDL 界面
1. 使用命令查詢
在 APDL 的命令輸入窗口輸入特定命令即可查詢單元類型。
查詢所有單元信息：使用ELIST命令能列出所有單元的詳細信息，其中包含單元類型。輸入命令后按回車鍵，程序會在輸出窗口顯示單元的編號、
有限元分析通過將復雜的結構分解為許多小的單元（即網格），然后通過對每個單元進行數學建模和分析，來模擬實際系統的行為。
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域，其具有自己的厚度和受力特性。
殼單元的數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
可以通過以下方法對計算沙漏進行相關的控制：
使用合適的有限元單元：一些有限元單元在處理某些類型的加載時可能更容易出現計算沙漏，因此在選擇單元類型時需要考慮加載情況和模擬對象的幾何形狀。
增加材料的阻尼：在有限元模擬中，通過增加材料的阻尼可以減小計算沙漏的發生。可以通過修改材料的材料參數或者添加合適的阻尼模型來實現。
一、前言
本文以如下圖所示的懸臂梁為例，介紹ANSYS后處理中的結點解與單元解的主要區別。
懸臂梁長度為60mm，其橫截面尺寸為H*B=10mm*6mm，材料為鋼材，牌號為Q235B，其=彈性模量為200Gpa，泊松比為0.3，其端部承受集中載荷P=100N，沿梁的長度方向承受均布荷載q=1N/
