三維實體單元的案例
位移邊界條件：三維實體單元與梁單元的區別與聯系
在有限元中，三維實體單元的節點只有三個平移自由度；而梁單元，或者殼單元等還存在旋轉自由度。筆者當初留意到這點的時候，由于才疏學淺，還曾糾結了很長時間，筆者之前也寫過這方面的見解。那么當在實體單元下的約束關系和梁單元下的約束關系，有什么樣的區別和聯系呢。
梁構件 （ 梁單元）
建立一個矩形梁，長度為2米，截面是0.04m*0.06m。
FINISH$/CLEAR
/FILNAME,BEARIGN
/TITLE,COMBIN14 AND BEAM188
!UNITS,S-M-KG-N
/PREP7
ET,1,BEAM188$ET,2,COMBIN14,,,0
MP,EX,1,200E9$MP,PRXY,1,0.3$MP,DENS,1,7850
R,2,2E8$SECTYPE,1,BEAM,RECT$SECDATA,0.04,0.06
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K,1,0.01,0$K,2,1,0$L,1,2
LATT,1,,1,,,,1$LESIZE,ALL,,,20
LMESH,ALL$BN=NODE(0.01,0,0)
建立一個矩形梁（實體）
長度為2米，截面是0.04m*0.06m。
對比（自由模態）
求解兩種單元下的自由模態。求解結果基本一致。
對比（固定約束模態）
梁單元模型約束一個端點六個自由度，實體單元模型約束一個端面的三個自由度。求解結果基本一致。
展開 Abaqus中選擇三維實體單元類型的基本原則 附abaqus三維筒體過渡網格劃分下載
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。
展開 【JY】Abaqus 三維應力單元解析、選擇與應用指南
筆者近期在整理相關研究資料時，系統梳理了 Abaqus 中實體單元的分類邏輯、理論基礎及不同場景下的選擇策略，發現現有實踐中有粉絲仍存在單元類型誤用、特性理解不充分等問題。鑒于此，本文將從單元分類、選擇原則、特定場景應用及最佳實踐等方面展開論述，旨在為從事 Abaqus 仿真分析的研究者與工程技術人員提供系統性參考，助力提升數值模擬的可靠性與科學性。
在現代工程仿真領域，Abaqus 作為一款功能強大的有限元分析軟件，提供了豐富的單元庫來滿足各種結構力學分析需求。特別是在三維應力分析場景中，正確選擇和使用單元類型對于獲得準確、高效的計算結果至關重要。Abaqus 單元庫按照單元族分類，主要包括實體單元 (C)、殼單元 (S)、梁單元 (B)、桁架單元 (T)、剛體單元 (R) 等。每個單元族又包含多種具體單元類型，適用于不同的幾何特征、載荷條件和分析目標。
本篇是三維應力單元，即實體單元篇！
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【JY】有限單元分析的常見問題及單元選擇
1 實體單元分類與理論基礎
實體單元是 Abaqus 中最基礎也最常用的單元類型，可在其任何表面與其他單元連接，能夠精確地反映幾何形狀的復雜性，適用于模擬具有復雜形狀的結構。在 Abaqus 中，實體單元根據節點位移插值階數、積分方式和特殊功能可分為多種類型。
1.1 按節點位移插值階數分類
根據節點位移插值階數，實體單元主要分為三類：
線性單元（一階單元）：節點僅布置在單元角點，各方向采用線性插值，計算相對簡單，適用于變形較簡單的情況。線性單元的主要優勢在于計算效率高，但精度相對較低，適用于對精度要求不高或初步分析階段。
展開 求含有板單元、梁單元、質量單元、彈簧單元、三維實體單元的實例
有哪位大神能給小弟提供上述實例哦，非常感謝！！！！
整車前處理資料匯整-待續
hypermesh中六面體網格劃分技巧
一、各面板功能介紹
1、drag面板
此面板的功能是在二維網格接觸上沿著一個線性路徑擠壓拉伸而形成三維實體單元。
要求：
1） 有初始的二維網格；
2） 截面保持不變：相同尺寸，相同曲率和空間中的相同方向；
3） 線性路徑。
2、spin面板
此面板的功能是在二維網格基礎上沿著一個旋轉軸旋轉一定角度形成三維實體單元。
要求：
1） 有初始的二維網格；
2） 界面保持不變；
3） 圓形路徑；
4） 不能使用在沒有中心孔的實體部件上。
3、line drag面板
此面板的功能上在二維網格的基礎上沿著一條線拉伸成三維實體單元。
要求：
1） 初始的二維網格；
2） 截面保持不變；
3） 有一條定義的曲線或直線路徑。
4、element offset面板
此面板的功能是在二維網格的基礎上沿著法線方向偏置擠壓形成三維實體單元。
要求：
1） 初始的二維網格；
2） 截面可以是非平面的；
3） 常厚度或者近似常厚度。
5、linear solid面板
此面板的功能是二組“相似的”各殼體單元之間以線性路徑形成三維實體單元。相似的網格有如下要求：
1） 相同的單元數；
2） 單元具有同樣的構造；
3） 網格有相同的模式；
4） 四邊形單元只能與四邊形單元連接、三角形單元只能與三角形單元連接，但可以有不同的單元尺寸和/或曲率。
6、solid mesh面板
此面板的功能是在由線組成的實體上形成三維實體單元。
要求：
1） 由線粗略定義的立方形實體；
2） 確定別映射的密度和六面體單元。
7、soild map面板
此面板的功能是在二維網格基礎上，首先擠壓網格，然后將擠壓的網格映射到一個由幾何要素定義的實體中，從而形成三維實體單元。
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？
Workbench lS-DYNA船舶碰撞仿真案例，詳解視頻及原模型 ￥69
幾何處理
2.1 幾何簡化
使用三維實體單元會導致計算量顯著增加，尤其是在沖擊和震動分析中。所以需要將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model），以減少計算量。可以使用SpaceClaim、DesignModeler (DM) 或其他三維CAD軟件進行幾何處理，然后將處理好的幾何模型調入LS-DYNA模塊。
在沖擊和震動分析中，使用三維實體單元（如六面體或四面體單元）會顯著增加計算資源消耗。這是因為實體單元需要在三個維度上劃分網格，每個單元需計算位移、應力和應變等多個自由度，導致單元數量龐大且求解時間成倍增長。為解決這一問題，通常將三維幾何模型簡化為殼模型（Shell Model）。殼單元僅需在二維平面上劃分網格，并通過定義厚度參數還原結構的力學特性，既能大幅減少單元數量（通常可縮減至實體模型的10%~30%），又能有效保留結構的抗彎、抗剪性能。幾何簡化可通過專業前處理軟件（如ANSYS SpaceClaim或DesignModeler）完成，也可用其他三維CAD軟件處理。通過合理簡化模型，可在保證結果可靠性的前提下，顯著提升碰撞仿真的計算效率。
處理后的殼模型可導出為通用格式導入LS-DYNA中進一步設置材料、接觸和邊界條件。
2.2 幾何檢查
確保幾何模型的連接性，避免面和面之間在線上的不連接問題。在沖擊震動分析中，幾何連接問題可能導致模型在撞擊過程中出現開裂。
3. 材料屬性賦予
3.1 材料定義
為每個部件賦予材料屬性。例如，船體結構通常使用非線性材料（如鋼材）。
對于撞擊體，可以將其定義為剛性體，或賦予較大的材料屬性（如高彈性模量）。
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
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移動可變形組件法框架下基于SiPESC平臺的異形曲面殼體結構拓撲優化
采用傳統方法基于三維實體單元對上述結構進行拓撲優化設計存在設計變量數目大，分析結果精度不足等問題。更重要的是由于三維實體單元難以精確表示殼體曲面幾何，會導致異形曲面上的拓撲優化結果很難與CAD系統直接連接。因此，為解決復雜異形曲面上薄殼結構拓撲優化這一具有廣泛工程應用背景的重要問題，仍需發展更有效的方法。
最近，大連理工大學郭旭教授團隊基于前期所提出的顯式拓撲優化新框架，在大連理工大學具有自主知識產權的SiPESC大型有限元分析平臺上利用Python腳本語言，結合該平臺結構有限元開放接口的集成化二次開發技術，實現了基于可動變形組件（MMC）的異形曲面殼體顯式拓撲優化。由于在MMC方法中異形曲面、組件基元均可用非均勻有理B樣條顯式描述，保證了優化結果可直接導入CAD系統而無需任何后處理。該工作充分發揮了SiPESC平臺的強大分析能力與全級別開放性，實現了MMC算法與平臺功能的完美集成，構建了具有完全自主版權的新型高效拓撲優化計算模塊。該項技術具有很強的工程實用性，在航空航天、交通運載等領域重大裝備結構優化設計中有良好應用前景。
展開 機械產品結構有限元分析通用規則
03 對于三維實體單元，在結構厚度方向至少要有三層單元。
04 應力梯度大的區域宜用高階單元，重點關注區域宜用高階單元。
05 密網格區域和疏網格區域宜平緩過渡。
06 對稱結構的網格宜對稱。
三：結果評估
01 直接評估。依據直覺和常識來評估分析結果。
02 試算評估。調整相關參數進行多次試算，評估分析結果。
03 試驗驗證。用試驗結果來校核分析結果，優化分析方法。
四：分析報告
01 分析目的
02 分析過程：模型簡化，網格劃分，材料屬性，邊界條件等
03 分析結果
轉自，ANSA在汽車網格模型中常用的檢查方式匯總
一、 概述
在汽車、航空等行業經常會遇到一些復雜的有限元裝配模型，包含二維殼單元、三維實體單元以及一維連接單元的多維單元混合模型。對于該類模型為避免計算時出現收斂問題，在有限元建模完成后通常需要進行一些相關檢查來保證模型的正確性。
二、 常用檢查
重復單元檢查(Duplicate Element)
在有限元建模時，經常會出現一些重復單元，為保證計算結果的連續性，通常需要將重復的單元進行刪除。在ANSA中對重復單元的檢查可通過Check->Duplicate Element實現。
2. 自由節點檢查
一些自由節點的存在通常會影響計算的收斂性，ANSA中可通過Check->Free功能實現自由節點的檢查。
3. 負體積單元檢查(Negative Volume)
在三維實體單元建模中，經常會由于模型本身的細節特征或網格劃分所導致的畸變扭曲的負體積單元，這類單元的存在往往導致計算不能進行。、
ANSA中的檢查方法如下：Check->Mesh->NegativeVolume
4. 單元干涉或穿透檢查(Penetration)
在一些復雜的裝配模型中通常需要避免各單元之間出現干涉或穿透。
檢查方法如下：Check->Penetration->Intersections
5. 厚度干涉檢查(Property Thickness)
薄殼單元通常需要在屬性中添加截面厚度，在含有多個殼單元部件的裝配模型中一般需要檢查其厚度方向的干涉。
檢查方法如下：Check->Penetration->PropertyThickness
6.
展開 
走出復合材料實體殼單元與實體單元的誤區
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不希望出現的結果。
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。這樣劃分出如下圖中的網格。
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），運算結果區別較大，大家認為哪一個比較精確？
展開 一階實體單元和二階實體單元對比
本文原創，因為是自己的想法，難免有考慮不周的地方，如發現錯誤或者需要討論請發送郵件至only_xiaofei@hotmail.com
前段時間一直在思考C3D20單元的存在意義，因為如果將C3D20單元進行三個方向的剖分（也就是將單元長度減小一半）。它與8個C3D8單元幾乎是一致的，現在就來討論下這兩個單元。
C3D20的空間結構如下
它的形函數是這樣的
8個頂點上的形函數為
（這部分和C3D8一致）
其它中點處的形函數為
相比之下，C3D8單元就顯得很簡單了
它的形函數也要簡單很多
可以看出，C3D20單元在描述位移場的時候是二次的，而C3D8單元是一次，這會導致C3D20單元的邊界會出現曲面（線），而C3D8只能為直線。
這樣問題就變得簡單了，如果單純考慮兩個單元的計算成本的話，那么一個C3D20單元和8個C3D8單元就是等效的，因為兩個的剛度矩陣都是20X20階的，兩者在計算成本上沒有任何區別，如果考慮積分點引起單元剛度矩陣的精度問題，8個C3D8單元擁有32個積分點，其精度一定是大于擁有27個積分點的C3D20單元的。此外，影響精度的還有邊界的表達方式，實際模型的邊界形狀是類似于二次曲線的話，C3D20單元更有利于對位移場的描述。
如果考慮彎曲的話，C3D8單元在求解彎曲問題是有很大的剪切自鎖誤差，而C3D20單元由于擁有眾多的積分點，可以大幅度削弱剪切鎖定，但是由于C3D8單元的尺寸只是C3D20單元尺寸的一半，因此8個C3D8單元的誤差與一個C3D20單元的誤差相差多少，期待有人可以推導一下。
展開 你不知道的CAE小常識（三）、（四）
Shell 99 —— 線性結構殼單元，用于較小或中等厚度復合材料板或殼結構，一般長度方向和厚度方向的比值大于10；
Shell 91 —— 非線性結構殼單元，這種單元支持材料的塑性和大應變行為； Shell 181—— 有限應變殼單元，這種單元支持幾乎所有的包括大應變在內的材料的非線性行為；
Solid 46 —— 三維實體結構單元，用于厚度較大的復合材料層合殼或實體結構； Solid 191—— 三維實體結構單元，高精度單元，不支持材料的非線性和大變形。
（2） 定義層屬性配置
主要是定義單層的層屬性，對于纖維增強復合材料，在這里可以定義單層厚度、纖維方向等。
（3） 定義失效準則
支持多種失效準則，不過我還是沒有用他，而是自己寫了通過應力結果采用二次蔡胡準則程序來判斷的。
（4） 其他的一些建模技巧和后處理指導
在我的分析工作中，主要采用了三維實體結構單元。
關于Solid 46單元
（1） Solid 46是用于模擬復合材料厚殼或實體的8節點三維層合結構單元，單元節點有x,y和z方向三個結構自由度，單元允許最多250層不同的材料；
（2） 這種單元的定義包括：8個節點、各層厚度、各層材料方向角和正交各項異性材料屬性，其中每層可以為面內兩個方向雙線性的不等厚層；
（3） 在材料定義時，只需定義材料主方向和材料坐標系（單元坐標系）一致的材料參數，不一致的復合材料層通過定義材料方向角（該層材料主方向和材料坐標系所成的角度）由程序自動轉換；
（4） 通過選擇不同的層直接在單元坐標下獲取單元應力，包括三個方向的應力和面內剪切應力，而不需要通過應力應變的轉換來獲取；
展開 基于ansys的梁單元、實體單元徐變精細化分析（含各參數解釋） ￥25
只需要改文件和計算邊界荷載即可計算實體徐變。】
3. ansa文件，用來生成網格
4. .cdb文件，網格文件
5. excel轉apdl命令流文件，用來輸入徐變系數。
進一步白話闡述一下：
1、什么是徐變？別看公式一大堆，理論一大推，簡單講就是：受力的結構，啥邊界條件、荷載不變的情況下，結構還是慢慢變形了。將這種慢慢變形的變形結果以及應力重分配準確分析出來就是徐變分析。機理一大堆，教科書上都比較詳盡，在此不做贅述，只講應用，而且是拿到案例開箱即用。
白話闡述要點：
1、案例是ansys apdl（命令流）分析的，給出了全套參數化命令流，材料模型定義、材料參數定義、求解，拿過來可以直接運行。
2、機理是用了ansys中關于金屬蠕變的材料模型。（細想蠕變和徐變的現象，表征都是一樣的。至于機理，各有各的理論，但不影響材料模型使用。）
具體使用：
1、，先跑一遍，看看到底徐變是怎么個事兒。
2、改網格模型，改成自己對應的網格模型，網格用ansys，hypermesh，ansa等前處理軟件都沒問題。
3、改材料參數，改成你想要的徐變模型，對著規范或者是你做出來的試驗擬合曲線。
以上即可實際應用。
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