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實體網格的數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。區別和應用在計算上，殼單元、實體網格各有其優缺點和適用范圍。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。

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點，但單元之間不連續（實體單元每個節點有3個平動自由度，而殼單元每個節點有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，接觸位置不共節點。

薄殼單元和厚殼單元的選擇應基于結構的厚跨比，通常厚跨比小于 1/30 時使用薄殼單元，介于 1/30 和 1/10 之間時使用一般殼單元，大于 1/10 時考慮使用厚殼單元或實體單元。 對于復合材料層合板，特殊殼單元（如連續殼單元）通常比普通殼單元更合適，因為它們能夠更好地模擬層間剪切變形和各向異性材料特性。

在殼和實體混合單元應用場景中，模型中有薄有厚，薄的用殼單元 (如 SC8R)，厚的用實體單元 (如 C3D8I)。需要注意的是，混合網格間的單元是不兼容的，是完全分離的，所以在殼和實體的接觸邊上需要設置接觸對。三種單元在混合建模中的選擇建議： 在實體單元和殼單元的過渡區域，優先選擇 CSS8 單元，因為其能夠自然地連接兩種單元類型[。

彎曲問題處理：C3D8I 在彎曲問題中需要更精細的網格，通常厚度方向至少需要 4 層單元才能獲得準確結果；而 CSS8 和殼單元在同樣情況下只需 1-2 層單元。 扭曲敏感性：實體類單元（CSS8、C3D8I）對網格扭曲更為敏感，網格質量直接影響計算精度和收斂性；而殼單元（SC8R、S4R）對網格扭曲的容忍度較高。

這里，基于Dynaform軟件，僅討論仿真中殼單元類型、板料和模具網格大小、厚向積分點和虛擬沖壓速度對板料―凹模圓角界面接觸壓力的影響。通過更改這些參量的類型或參數，考察其對穩定階段界面接觸壓力的影響。 單元類型的影響 殼單元是基于板殼理論，在厚度方向尺度遠小于其他方向的尺度時，把單元從3D簡化成2D就可以簡化大量預算而獲得比較準確的解。

課時：68 講（總時長 42 小時） 課程大小：42GB 課程目標掌握高級網格劃分技術與網格變形工具，提升你的有限元分析前處理能力。 學習收獲 學習修復 CAD 模型缺陷、提取中面，并借助 ANSA 的高級工具與自動化功能，創建高質量的殼單元和實體單元網格。

由于在單元內部近似為應變場，精細的網格劃分可用于求解彎曲變形和高應變梯度； 考慮到在復合材料層合殼模型中剪切柔度的影響，將采用“厚”殼單元（S4R,S3R,S8R） 四邊形或三角形的二次殼單元，用于一般的小變形薄殼是很有效的。

單元計算的正應力（σ_x）和橫向切應力（τ_xz）與超細網格高階實體單元（C3D20）結果的偏差均小于 3%，但同時后者會增加巨大的計算量！（三）材料非線性問題探索 彈塑性分析 基于塑性節點模型的非線性擬協調固體殼單元，可模擬金屬材料的彈塑性行為。單元通過在節點處檢查屈服條件（如 von Mises 準則），將塑性變形局部化于節點，避免了傳統積分點塑性算法的數值振蕩。

“延伸面”未捕獲的少數剩余邊可以通過手動拖拽邊緣進行連接，最后用殼單元對中面模型進行網格劃分。 圖 1: 左側: 原始實體模型, 右側: 中面模型 對于薄壁結構，與實體網格相比，殼網格用更少的單元可以產生更精確的結果。

“延伸面”未捕獲的少數剩余邊可以通過手動拖拽邊緣進行連接，最后用殼單元對中面模型進行網格劃分。 圖 1：左側: 原始實體模型, 右側: 中面模型 對于薄壁結構，與實體網格相比，殼網格用更少的單元可以產生更精確的結果。

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，實際過程產品結構不會這么簡單，存在實心區域，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。

梯形/曲率鎖死 當實體單元為梯形形狀時，即單元沿厚度方向的邊不垂直于中性面時，會發生梯形鎖死。當用實體建模曲面結構時，梯形的實體單元通常是不可避免的，這會在厚度方向產生非協調的法向應變，從而造成鎖死。然而，梯形鎖死只發生在單元包含厚向應變的時候，換句話說，退化殼單元和平面板單元由于假設厚度方向的法向變形為零，則不會受到梯形鎖死的影響。

針對圖5c澆冒口處的殼模厚度進行加厚設計如圖 6所示，虛線以上為殼模加厚部位t1，虛線以下t0固定8 mm殼模厚度，厚薄比t1／t0設定為1~8，最后再轉成STL網格格式做真實模具的輸入，預測整體殼模不均厚設計對于鑄件質量的影響。