3D單元的案例
ANSYS各類型單元連接專題講解(五)之3D梁單元與殼單元剛接
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 有限元基礎編程（終結篇）——C3D8單元程序編制
有限元基礎編程（終結篇）——C3D8單元程序編制
本篇推文是有限元基礎編程的終結篇，講述C3D8單元的程序編制及實現。主要內容有：C3D8單元理論基礎、便于編程的“乘大數法”處理邊界條件、編制程序注意事項、云圖繪制函數、INP文件讀取函數、Abaqus仿真對比等，內容量大，慢慢食用~
特別聲明：程序框架采用了吉林大學左文杰老師的腳本文件，計算單元剛度的核心計算程序仍延續我們以往編制程序的風格。代碼文件獲取方式詳見文末。
理論基礎
與Q4單元理論基礎相同，唯一的區別就是：每個節點的自由度由2變成了3，代碼具體變化看Ke函數和C3D8_cal_B函數的變化，理論部分可參考有限元基礎編程——Q4單元。
展開 基于python編程操作ABAQUS輸入文件生成PD3D單元顆粒
我們今天介紹的通過python編程操作ABAQUS輸入文件生成PD3D單元顆粒，其可操作性更強，我們可以不采用粒子生成器內部定義的隨機算法生成顆粒，用戶可以根據需求自定義顆粒分布算法，以契合實際工況。此外，可省去粒子生成顆粒的分析步，直接進行工況建模求解計算。
本貼只是個人興趣，只提供思路，不提供源碼，用戶需了解ABAQUS的inp文件的書寫規則、python操作文件語法和生成顆粒的底層邏輯(分布模型)。感興趣的可以私信，提供編寫思路。
下面我們采用這一方法生成直徑2mm、3mm、4mm和5mm的混合顆粒，數量為1000。具體生成結果如下圖所示。
關于3D奇異單元劃分網格
大家有沒有誰有3D奇異單元劃分網格的算例？簡單的3維結構劃分的例子也行
有限元理論基礎及Abaqus內部實現方式研究系列7：C3D8R六面體單元的剛度矩陣
進一步，對體來說，商用軟件對體的修正方式相對梁更少，因為梁對軸向拉伸、軸向扭轉、橫向彎曲、橫向剪切等的剛度都需要不同的修正，但體只需要一個方向的修正就行，只要掌握了體的修正方式，那么自編程序的體單元組成的任意結構分析都可以得到商業軟件完全一致沒有誤差的結果。
在Abaqus的Standard和Explicit求解中默認的體單元都為C3D8R，C表示體單元，3D表示三維單元，8表示八節點，R表示Reduced減縮積分，也就是八節點一次線性六面體單元，該單元在Abaqus中是計算耗時最少的六面體單元，而六面體的計算精度本身就比四面體和鍥形單元高，所以C3D8R在體單元實際應用中最廣泛，我們本章以此為研究對象。
本文先討論一般的六面體單元的基本理論和C3D8R的修正方式，然后在自編有限元程序iSolver實現同樣的修正方式，最后驗證iSolver的結果和Abaqus完全一致，從而證明Abaqus的內部修正和我們設想的一致。具體驗證過程也可以參考我們的演示錄像：
https://www.yqgqt.org.cn/college/video/c12884 章節3
1.1 六面體單元剛度矩陣的基本理論
體單元剛度矩陣的理論相對梁和殼來說要簡單很多。按照有限元的一般的等參理論：
（1）單元的節點上的坐標只要網格劃分完后就已經確定了，那么單元內的任意一點的坐標可以表示為節點上的坐標值。
i=1到節點N，在六面體單元中一次和二次單元節點個數一般為8、20，四面體分別為4、10。20節點六面體的另外12個節點正好位于12條邊的中點，10節點四面體類似。
Ni表示形函數，類似于一個比重，所求的x點約靠近xi點必然這個比重越大，最大顯然應該是x點位于xi點上，此時比重就是1，其它的形函數為0。
展開 平面單元和3D單元在處理幾何非線性有何區別？
分別用C3D8R單元和CPS4R單元進行模擬，當關閉大變形時，得出的兩條曲線完全重合；打開大變形后，兩條曲線差別很明顯，應變越大，差距越大。請問版主，這是什么原因呀？
abaqus在處理幾何非線性的時候，兩種單元的處理方式有什么區別呢？
請版主幫我想想辦法，謝謝。
ABAQUS UEL二次開發（動力隱式C3D8自定義單元）
概述：開發了適用于靜力通用、頻率分析和動力隱式（固定增量步長和自適應增量步長均可）的三維八節點線性UEL，即ABAQUS自帶的C3D8單元，該UEL考慮了B-BAR修正，避免體積鎖死。采用編寫的UEL，分別設置了靜力通用分析步、頻率分析和動力隱式分析步，將計算結果與ABAQUS對比，位移、速度和加速度與ABAQUS均保持一致，說明該UEL復現了一小部分C3D8單元的計算功能。
（一）模型信息
懸臂梁尺寸：10x10x100，密度1e10，密度200，泊松比0.25。不設置單位，純驗證。
網格如下圖：，每個單元尺寸為：2x2x5。
（二）靜力分析
邊界條件如下圖：
荷載大小為：1e6，采用固定增量步長，計算總時長為10（靜力計算中計算時長無意義，僅為驗證設置），增量步長為0.01，總增量步數為1000。
總位移云圖如下圖：
加載向（U2、Y向）位移云圖如下圖：
梁向（U3，z向）位移云圖如下圖：
U1，x向位移云圖如下圖：
懸臂端角點加載向位移-荷載歷程如下圖：
注意這里的時間并沒有物理意義，在靜力通用分析步中僅僅是增量步的計算意義。
（三）頻率分析
邊界條件，梁一端固定。計算前100階頻率信息。
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 ABAQUS 二次開發（UEL+UMAT C3D8 單元動力隱式計算）
概述：采用UEL接口二次開發實現八節點單元，考慮BBAR修正，避免體積自鎖，對標ABAQUS自帶的C3D8單元，計算的剛度矩陣、質量矩陣和阻尼矩陣均與ABAQUS保持一致。并且采用UMAT子程序進行應力和應變數據的可視化，計算的應力應變數據同樣與ABAQUS保持一致，可視化效果同ABAQUS。以方塊的受動力簡諧荷載為例，采用上述程序，應用動力隱式計算分析步，最終計算的位移、應變等時程曲線均與ABAQUS保持一致。
（）模型信息
模型尺寸為10x10x10，彈性模量1e10，密度2000，泊松比0.25，荷載和邊界條件示意圖為：
一面的所有節點均固定。另一面所有的節點施加簡諧荷載，簡諧荷載曲線為（詳細的參數見附件）：
計算的網格圖為：
網格尺寸為1，共計10x10x=1000個單元?？偟挠嬎銜r長為1s，這只固定增量步長為0.01s，所以總增量步數為100。
（）計算結果
以上面網格圖中中間角點為例，提取加載向位移時程曲線如下圖：
0.89s時刻x向應力云圖為：
注：左一為ABAQUS計算結果，中間為umat實現線彈性各向同性本構計算結果，右一為UEL+UMAT計算結果，后面的云圖也是這樣排布。
0.89s時刻y向應力云圖為：
寫文字好麻煩，不寫了！放個動圖算了，有興趣的移步附件。
展開 鋼筋混凝土梁—鋼筋-箍筋T3D2單元-基本建模實例
模型中代號Gujin
4、模型采用的單位制：國際單位制，m，s，kg，pa ，N
把模型的CAE文件、inp文件和ODB文件附在這里
鋼筋混凝土梁—CAE-INP-ODB文件.rar
模型一：
混凝土梁：實體solid單元，C3D8R，一次縮減積分實體單元。
鋼筋均采用T3D2 Truss單元。
模型一：
混凝土梁：實體solid單元，C3D8R，一次縮減積分實體單元。
鋼筋均采用T3D2 Truss單元。
混凝土梁建模很簡單，不再贅述，part部件圖如下：
對于縱筋和箍筋，現在part里面分別建一根鋼筋，然后在assembly里面陣列，組裝號以后，merge為一個part，如下：
可能要用到 assembly 里面的旋轉和移動命令：
混凝土材料定義：混凝土損傷塑性本構模型；
鋼筋，最簡單的二折線模型
單元劃分：Mesh模塊
Assembly模塊：通過定義參考點等移動，組裝：
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技術鄰推薦：
鋼筋混凝土結構非線性有限元在ANSYS中的分析
workbench中鋼筋混凝土梁，施加荷載后，鋼筋和混凝土分離
展開 應用abaqus的SPH技術分析【彈體穿靶模型】以及教程
知道了這個規律，手寫PC3D單元應該也不難。
flac3d的interface界面單元非線性本構模型開發代碼 ￥12
<p>基于fish語言的flac3d的interface界面單元非線性本構模型開發實例</p>
ANSYS常用單元特性總結及簡單實例
BEAM3__2D彈性梁單元
BEAM4__3D彈性梁單元
BEAM23__2D塑性梁單元
BEAM24__3D塑性薄壁梁單元
BEAM44__3D不對稱變截面彈性梁單元
BEAM54__2D不對稱變截面彈性梁單元
BEAM188__3D線性有限應變梁單元-塑性-變梁截面-適用于分析細長到中等細長的梁結構
BEAM189__3D二次有限應變梁單元--塑性-變梁截面-適用于分析細長到中等細長的梁結構
COMBIN14__2節點彈簧阻尼器單元-具有1D、2D、3D軸向拉壓、扭轉能力
COMBIN40__2節點質量、彈簧、彈簧滑塊、阻尼器、間隙組合彈簧單元
LINK1__2D桿單元
LINK8__3D桿單元
LINK10__3D僅拉、僅壓桿單元
LINK11__3D線性調節器單元
LINK180__3D有限應變桿單元
PIPE16__3D彈性直管單元__管路系統建模
PIPE17__3D彈性T形管單元
PIPE18__3D彈性彎管單元
PIPE20__3D塑性薄壁直管單元
PIPE59__3D沉管單元-彈性
PIPE60__3D塑性薄壁彎管單元
PLANE2__6節點2D三角形實體單元
PLANE25__4節點2D軸對稱諧結構實體單元
PLANE42__4節點2D實體單元
PLANE82__8節點2D實體單元
PLANE83__8節點2D軸對稱諧結構實體單元
PLANE145__8節點2D四邊形實體P單元-P方法：提高形函數階次，最高8階
PLANE146__6節點2D三角形實體P單元
PLANE182__4節點2D實體單元-比PLANE42功能稍強-支持超彈、黏彈、黏塑
PLANE183__8節點2D實體單元-PLANE182的高階單元
SHELL28__4節點彈性剪切扭轉嵌板單元-適用于如機翼和機身、金屬板梁等
SHELL41__4節點膜殼或膜單元
SHELL43__4節點塑性大應變殼單元
展開 ABAQUS中的光滑粒子流體動力學 ( SPH ) 方法
和其他拉格朗日有限單元一樣，粒子單元使用線性和二次粘度來抑制計算響應中的高頻噪聲。在少數情況下，ABAQUS的默認值不合適，你可以通過關鍵字更改人工粘度。
Input 輸入文件使用：
使用下列語句來指定線性和二次人工粘度的比例因子：
*SECTION CONTROLS
, , , 線性粘度比例因子, 二次粘度比例因子
初始條件
“Initial conditions in Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit,” Section 34.2.1中講述了所有可用于Explicit分析的初始條件。與力學分析相關的初始條件均可用于SPH分析。
邊界條件
邊界條件的定義請參照 “Boundary conditions in Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit,” Section 34.3.1.
載荷
“Applying loads: overview,” Section 34.4.1描述了所有可用的顯式動力分析的載荷類型。節點集中載荷可用，重力載荷是SPH中唯一可使用的分布式載荷。
材料選擇
任何在Abaqus/Explicit中可用的材料模型均支持SPH分析。
單元
SPH分析通過單節點PC3D單元實現。這些單元通過定義粒子在空間中的位置來構造研究的部件。
定義PC3D單元的方式類似于定義質點群。分布在模型表面或內部的粒子的坐標與有限單元節點的坐標含義相似。為使計算更加精確，應盡可能均勻地將這些粒子布置在空間中。
除了直接定義PC3D單元外，還可以先定義傳統連續介質有限單元（C3D8R, C3D6, C3D4），然后在分析開始時或在分析過程中將單元網格自動轉換成粒子。
展開 【JY】CSS8、C3D8I、SC8R 和 S4R 單元的原理、計算成本與應用范圍
局部坐標系：局部坐標系的 3 方向需垂直于單元中面，在橫向剪切變形顯著時，該方向可能偏離法線方向，需在建模時預先考慮。
理論基礎：CSS8 單元基于三維實體理論，將薄壁結構視為 "簡化實體"，通過特殊算法優化了彎曲行為，在幾何非線性分析中，局部方向將隨著每個材料點的旋轉而旋轉，適合處理大變形問題。
2. C3D8I 非協調實體單元
C3D8I 是8 節點三維六面體非協調實體單元，屬于完全積分單元，是 Abaqus 中常用的實體單元之一。
核心特性：
幾何與自由度：8 節點六面體單元，僅有三個平移自由度，與 CSS8 類似。
材料本構與積分：采用完全積分方案，但通過引入非協調模式來克服完全積分線性單元的剪切自鎖問題。
非協調模式：C3D8I 單元在每個節點上增加了額外的自由度（非協調模式），使其能夠更好地捕捉彎曲變形，特別適用于彎曲主導的問題。
計算成本：相對于縮減積分單元（如 C3D8R），C3D8I 計算成本較高，但在網格扭曲較小時能提供更精確的結果。
理論基礎：C3D8I 單元基于三維實體理論，通過添加非協調位移模式來增強單元的彎曲性能，適用于模擬中等厚度結構，當結構厚度方向尺寸與其他方向尺寸相比較小時，能比常規實體單元提供更精確的結果。
3. SC8R 連續殼單元
SC8R 是8 節點減縮積分連續殼單元，屬于 Abaqus 中的連續殼單元系列，是一種降維殼單元（基于殼理論簡化）。
核心特性：
幾何與自由度：8 節點四邊形單元，節點包含3 個平移自由度 + 3 個轉動自由度（共 6 個自由度），通過殼中面描述幾何，厚度方向為離散的 "層"。
展開 