ABAQUS實(shí)體單元類型總結(jié)

1、在ABAQUS中，基于應(yīng)力/位移的實(shí)體單元類型最為豐富：（1）在ABAQUS/Sandard中，實(shí)體單元包括二維和三維的線性單元和二次單元，均可以采用完全積分或縮減積分，另外還有修正的二次Tri單元（三角形單元）和Tet單元（四面體單元），以及非協(xié)調(diào)模式單元和雜交單元。（2）ABAQUS/Explicit中，實(shí)體單元包括二維和三維的線性縮減積分單元，以及修正的二次二次Tri單元（三角形單元）和Tet單元（四面體單元），沒有二次完全積分實(shí)體單元。按照節(jié)點(diǎn)位移插值的階數(shù)，ABAQUS里的實(shí)體單元可以分為以下三類：線性單元（即一階單元）：僅在單元的角點(diǎn)處布置節(jié)點(diǎn)，在各個(gè)方向都采用線性插值二次單元（即

2、二階單元）：在每條邊上有中間節(jié)點(diǎn)，采用二次插值。修正的二次單元（只有Tri或Tet才有此類型）：在每條邊上有中間節(jié)點(diǎn)，并采用修正的二次插值。1、線性完全積分單元：當(dāng)單元具有規(guī)則形狀時(shí)，所用的高斯積分點(diǎn)的數(shù)目足以對(duì)單元?jiǎng)偠染仃囍械亩囗?xiàng)式進(jìn)行精確積分。缺點(diǎn)：承受彎曲載荷時(shí)，會(huì)出現(xiàn)剪切自鎖，造成單元過(guò)于剛硬，即使劃分很細(xì)的網(wǎng)格，計(jì)算精度仍然很差。2、二次完全積分單元：優(yōu)點(diǎn)：（1）應(yīng)力計(jì)算結(jié)果很精確，適合模擬應(yīng)力集中問(wèn)題；（2）般情況下，沒有剪切自鎖問(wèn)題（shearlocking）。但使用這種單元時(shí)要注意：（1）不能用于接觸分析；（2）對(duì)于彈塑性分析，如果材料不可壓縮（例如金屬材料），則容易產(chǎn)生體積自

3、鎖（volumetriclocking）；3)當(dāng)單元發(fā)生扭曲或彎曲應(yīng)力有梯度時(shí)，有可能出現(xiàn)某種程度的自鎖。3、線性減縮積分單元：減縮積分單元，比普通的完全積分單元在每個(gè)方向少用一個(gè)積分點(diǎn)；線性縮減積分單元：只在單元的中心有一個(gè)積分點(diǎn)，由于存在沙漏數(shù)值問(wèn)題(hourglass)而過(guò)于柔軟。采用線性縮減積分單元模擬承受彎曲載荷的結(jié)構(gòu)時(shí)，沿厚度方向上至少應(yīng)劃分四個(gè)單元。優(yōu)點(diǎn)：(1) 對(duì)位移的求解計(jì)算結(jié)果較精確；(2) 網(wǎng)格存在扭曲變形時(shí)(例如Quad單元的角度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或小于90),分析精度不會(huì)受到明顯的影響；(3) 在彎曲載荷下不易發(fā)生剪切自鎖。缺點(diǎn)：(1)需要較細(xì)網(wǎng)格克服沙漏問(wèn)題；(2) 如果希望

4、以應(yīng)力集中部位的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力作為分析目標(biāo)，則不能選用此單元。因?yàn)榫€性縮減積分單元只在單元的中心有一個(gè)積分點(diǎn)，相當(dāng)于常應(yīng)力單元，在積分點(diǎn)上的應(yīng)力結(jié)果實(shí)相對(duì)精確的，而在經(jīng)過(guò)外插值和平均后得到的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力則不精確。4、二次減縮積分單元不但保持線性減縮積分單元的上述優(yōu)點(diǎn)，還具有如下特點(diǎn)：(1) 即使不劃分很細(xì)的網(wǎng)格也不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的沙漏問(wèn)題；(2) 即使在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，對(duì)自鎖問(wèn)題也不敏感。使用這種單元要注意：(1) 不能用于接觸分析；(2) 不能用于大應(yīng)變問(wèn)題；(3) 存在與線性減縮積分單元類似的問(wèn)題，由于積分點(diǎn)少，得到的節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的精度往往低于二次完全積分單元。5、非協(xié)調(diào)模式單元(imcompatiblem

5、odes)僅在ABAQUS/Standard有，可克服線性完全積分單元中的剪切自鎖問(wèn)題。ABAQUS中的非協(xié)調(diào)模式單元和MSC.NASTRAN中的4節(jié)點(diǎn)四邊形單元或8節(jié)點(diǎn)六面體單元很相似，所以在比較著兩種有限元軟件的計(jì)算結(jié)果時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果在ABAQUS中選擇了非協(xié)調(diào)模式單元，得到的分析結(jié)果會(huì)和MSC.NASTRAN的結(jié)果一致。優(yōu)點(diǎn)：（1）克服了剪切自鎖問(wèn)題，在單元扭曲比較小的情況下，得到的位移和應(yīng)力結(jié)果很精確；（2）在彎曲問(wèn)題中，在厚度方向上只需很少的單元，就可以得到與二次單元相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，而計(jì)算成本卻明顯降低；（3）使用了增強(qiáng)變形梯度的非協(xié)調(diào)模式，單元交界處不會(huì)重疊或開洞，因此很容易擴(kuò)展到非線

6、性、有限應(yīng)變的位移。但使用這種單元時(shí)要注意：如果所關(guān)心部位的單元扭曲比較大，尤其是出現(xiàn)交錯(cuò)扭曲時(shí)，分析精度會(huì)降低。6、使用Tri或Tet單元要注意：如果能用Quad或Hex單元，就盡量不要使用Tri或Tet單元；（1）線性Tri或Tet單元的精度很差，不要在模型中所關(guān)心的部位及其附近區(qū)域使用；（2）二次Tri或Tet單元的精度較高，而且能模擬任意的幾何形狀，但計(jì)算代價(jià)比Quad或Hex單元大。（3）二次Tet單元（C3D10）適于ABAQUS/Standard中的小位移無(wú)接觸問(wèn)題；修正的二次Tet單元（C3D10M）適于ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard中的大變形和

7、接觸問(wèn)題；（4）使用自有網(wǎng)格不易通過(guò)布置種子來(lái)控制實(shí)體內(nèi)部的單元大小。7、雜交單元在ABAQUS/Standard中，每一種實(shí)體單元都有其對(duì)應(yīng)的雜交單元，用于不可壓縮材料（泊松比為0.5，如橡膠）或近似不可壓縮材料（泊松比大于0.475）。除了平面應(yīng)力問(wèn)題之外，不能用普通單元來(lái)模擬不可壓縮材料的響應(yīng)，因?yàn)榇藭r(shí)單元中的應(yīng)力士不確定的。ABAQUS/Explicit中沒有雜交單元?；旌鲜褂貌煌愋偷膯卧?、當(dāng)三維實(shí)體幾何形狀復(fù)雜時(shí)，無(wú)法再整個(gè)實(shí)體上使用structure結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格或sweep掃略網(wǎng)格劃分技術(shù)得到Hex單元網(wǎng)格，一種常用的做法是：(1) 對(duì)實(shí)體不重要的部分使用Free自由網(wǎng)格劃分技術(shù)，生成Tet單元網(wǎng)格，而對(duì)于所關(guān)心的部分采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格或掃略網(wǎng)格劃分技術(shù)，生成Hex單元網(wǎng)格。(2) 在生成這樣的網(wǎng)格時(shí)，ABAQUS會(huì)給出提示信息，提示將生成非協(xié)調(diào)的網(wǎng)格，在不同單元類型的交界處將自動(dòng)創(chuàng)建Tie綁定約束。2、需要注意的是，在不同單元類型網(wǎng)格的交界處，即使單元