abaqus中单元的选择宝典

abaqus中单元的选择宝典
1.完全积分就是指当单元具有规则形状时，所用得高斯积分点可以对单元刚度
矩阵中得多项式进行精确地积分。

2.剪力自锁将使单元变得“刚硬”，只影响受弯曲荷载得完全积分线性（一阶）
单元，这些单元功能在受直接或剪切荷载时没有问题。

二次单元得边界可以弯曲，没有剪力自锁得问题。

3.只有四边形与六面体单元才能采用减缩积分。

所有得楔形、四面体与三角形
实体单元采用完全积分。

减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。

4.只有四边形与六面体单元才能采用减缩积分。

所有得楔形、四面体与三角形
实体单元采用完全积分。

减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。

5.非协调单元：只有四边形与六面体单元才能采用减缩积分。

所有得楔形、四
面体与三角形实体单元采用完全积分。

减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。

6.ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。

在弯曲问题中，用非协调
单元可得到与二次单元相当得结果，且计算费用明显降低。

对单元扭曲很敏感。

7.ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。

在弯曲问题中，用非协调
单元可得到与二次单元相当得结果，且计算费用明显降低。

对单元扭曲很敏感。

8.杂交单元：ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。

在弯曲问题中，
用非协调单元可得到与二次单元相当得结果，且计算费用明显降低。

对单元扭曲很敏感。

9.一般情况下应采用二次减缩积分单元（CAX8R，CPE8R，CPS8R，C3D20R）。

在应力集中局部采用二次完全积分单元（CAX8，CPE8，CPS8，C3D20）。

对含有非常大得网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分得线性减缩积分单元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R ）。

对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调单元（CAX4I，CPE4I，CPS4II，C3D8I等）得细网格划分。

10.采用非协调单元时应使网格扭曲减至最小。

三维情况应尽可能采用块状单元
（六面体）。

对小位移问题采用二次四面体单元（C3D10）就是可行得。

11.在实体单元中所用得数学公式与积分阶数对分析得精度与花费有非常显著
得影响。

使用完全积分得单元，尤其就是一阶（线性）单元，容易形成自锁现象，在正常情况下不要应用。

一阶减缩积分单元容易出现沙漏现象；充分得单元细化可减小这种问题。

12.在分析中如有弯曲位移，且采用一阶减缩积分单元时，应在厚度方向上至少
用4个单元。

沙漏现象在二阶减缩积分单元中较少见。

在大多数一般问题中要考虑应用这些单元。

非协调单元得精度依赖于单元扭曲得量值。

13.结果得数值精度依赖于所用得网格。

应进行网格细化研究已确保该网格对问
题提供了唯一得解答。

但就是应记住使用一个收敛网格不能保证计算结果与问题得行为相匹配：它还依赖于模型其它方面得近似化与理想化程度。

通常只在想要得到精确结果得区域细化网格。

ABAQUS 具有一些先进得特点，如子模型，它可以帮助对复杂模拟得到有用得结果。

HOURGLASS
基础部分
Part类型:可变形部件，离散刚体部件（任意形状，荷载作用下不可变形），解析刚体部件（只可以用直线，圆弧与抛物线创建得形状，荷载作用下不可变形）。

每个部件只存在自己得坐标系中，与其她部件无关。

给部件赋予属性，既成为实例。

实例可以装配成assembly。

Automated repair options：默认为缝合边，自动修理用于几何体变成valid。

基特征一旦创建不能修改。

附加特征可用于修改基特征或为基特征添加细节（拉伸，壳，线，切削，导角）
基准几何体类型：点，轴，坐标系，平面。

过滤器：selection options
分区：细分为不同得区域
对于拉伸与旋转，有扭曲选项，可以创建螺纹、螺旋弹簧与扭曲线。

也可以利用锥度选项，指定角度，创建带有锥度得部件。

导入孤立网格：通过、inp与、odb文件导入已有网格。

被导入得孤立网格，没有父几何体。

定义表面增强：定义了连接到已有部件表面得表面，并指定她得工程属性。

如何给部件定位：相对定位：定义几何关系，确定规则，表面平行约束，面面平行约束，共轴约束，接触约束，重合点约束，平行坐标系约束，若定义有冲突，则将之前得相对约束转化为绝对约束。

集与表面在assembly，step，interaction与load模块中均有效。

在part or property module 中创建得part集在assembly module 中有效，但不能通过set managerment修改。

Step 用途：define step，指定输出需求，指定分析诊断，指定分析控制。

接触、荷载与边界条件就是分析步相关得，需事先定义。

主要用于描述模拟历程。

对python与c++保留了API接口，用于后处理。

输出类型有两种类型：场数据用于绘制模型得变形，云图与X-Y 图；历程数据用于X-Y绘图。

分析步可替换。

分析控制：为显式分析定义自适应网格区域与控制；为接触问题定制求解控制；定制一般得求解控制。

Interaction：用于模拟机械或热得接触。

如定义边界得耦合，定义连接器。

显示体得目得就是可视化，不用于分析。

接触模型得法向关系、摩擦与干涉。

带有摩擦得双面接触、自接触、捆绑约束。

使用步骤：create ，选择起作用得step；选择表面；在edit interaction 对话框中完成接触定义；在接触管理器中激活或不激活。

边界条件：包括初始温度、指定得平移或转动，速度或角速度。

指定得边界条件可以随着时间相关得幅值定义。

初始条件：包括平动与转动速度、温度。

初始平动速度可以模拟自由落体得效果。

步骤：创建、指定对象、编辑。

Mesh module ：分网技术，单元形状，单元类型，网格密度，生成网格，检查网格状况。

二维区域可用形状：四边形、以四边形为主（允许三角形单元作为过度）、三角形
三维区域可用形状：四面体、若实例中包含虚拟拓扑，可使用三角形单元、四边形单元与利用波前算法得四边形或四边形为主得单元。

细节模型中，小得细节可能会影响网格效果，虚拟模型则忽略小得细节。

网格生成技术：扫略网格（网格在区域得一个表面被创建，称为源面，网格中得
节点沿着连接面，拷贝一个单元层，直到目标面，abaqus自动选择源与目标面）。

结构化分网技术：使用简单得预定义得网格拓扑关系划分网格，给出了网格划分得最大控制。

不同得区域可以有不同得网格划分，用不同得颜色来表示。

在区域之间自动创建捆绑约束，保持区域得连接，但就是约束不就是真正得协调，精度将会受到影响。

控制网格密度与梯度：使用波前算法得三角形、四面体、四边形网格得节点与种子精确匹配；使用中轴算法得六面体或四边形网格，abaqus会调整单元得分布，但就是可以通过在边上得约束种子防止调整。

分区创建了附加得边，可以对局部网格密度施加更多得控制，可以在应力集中区域细化网格。

分配单元类型：荷载与边界条件等就是基于几何体得，而不就是
基于网格。

网格质量检查：限制条件包括形状比、最大最小角度与形状因子等。

在消息域显示单元得总数、扭曲单元得数量、平均扭曲与最差扭曲。

有限元分析实例详解（石亦平）
Abaqus有多个模块，包括cae前处理模块、主求解器Standard and explicit 、design，aqua，foundation接口等等。

在step中若选择static general 则选择了standard，若选择dynamic 则选择了explicit。

ABAQUS/standard 就是一个通用分析模块，它使用隐式求解方法，能够求解广泛领域得线性与非线性问题，包括静态分析、动态分析，以及复杂得非线性耦合物理场分析等。

ABAQUS/EXPLICIT ，用以进行显式动态分析，她使用显式求解方法，适于求解复杂非线性动力学问题与准静态问题，特别就是用于模拟短暂、瞬时得动态事件，如冲击与爆炸问题。

此外，它对处理接触条件变化得高度非线性问题也非常有效(例如模拟成形问题)。

二维平面应力问题：2D planar
线性摄动分析步（linear pertuibation step）：只用于分析线性问题，explicit中不能使用此。

Standard中，以下分析总就是线性得：buckle（特征值屈曲）frequency （频率提取分析）modal dynamic （瞬时模态动态分析）random response （随机响应分析）response spectrum （反应谱分析）steady-state dynamics （稳态动态分析）如模型只能中存在大位移或转动，几何非线性参数NLGEOM应选择ON
设置求解过程时间增量步：若模型中不包含阻尼或与速率有关得材料性质，时间没有实际意义。

允许得最小增量步：e-5，最大：1允许得增量步最大数目：100 设定输出数据：step 下output 菜单项场变量输出结果（field output）一个分析步结束时输出结果历史变量输出结果（history output）0、1个分析步结束输出一次应力结果
设定自适应网格：step—other---adaptive mesh domain （control）通常比纯拉个狼日分析更稳定，高效，精确。

控制分析过程：standard 通用分析步step—other—general solution controls控制收敛算法与时间积分精度。

静力问题，other—solver controls来控制迭代线性方程求解器得参数。

在Interaction 功能模块中，主要可以定义模型得以下相互作用。

(1)主菜单Interaction 定义模型得各部分之间或模型与外部环境之间得力学或热相互作用，例如接触、弹性地基、热辐射等
(2) 主菜单Constraint 定义模型各部分之间得约束关系。

(3) 主菜单Connector 定义模型中得两点之间或模型与地面之间得连接单元( connector)，用来模拟固定连接、钱接、恒定速度连接、止动装置、内摩擦、失效条件与锁定装置等。

(4) 主菜单Special ? Inertia 定义惯量(包括点质量/惯量、非结构质量与热容)。

(5 )主菜单Special ? Crack 定义裂纹。

(6) 主菜单Special ? Springs/Dashpots 定义模型中得两点之间或模型与地面之间得弹簧与阻尼器。

(7) 主菜单T ools 常用得菜单项包括Set (集合)、Surface (面)与AlI\plitude (幅值)等。

约束：在ABAQUS/CAE 得Assembly 功能模块、Load 功能模块与Interaction 功能模块中都有"约束"得概念，它们分别有着不同得含义。

在Assembly 功能模块中，Constraint(约束)得作用就是定义各个实体间得相互位置关系，从而确定它们在装配件中得初始位置。

在Load 功能模块中，主菜单BC 得作用就是定义边界条件，消除模型得刚体位移。

在Interaction功能模块中，主菜单Constraint (约束)得作用就是定义模型各部分得自由度之间得约束关系，具体包括以下类型。

(1)
Tie (绑定约束) 模型中得两个面被牢固地粘结在一起，在分析过程中不再分开。

被绑定得两个面可以有不同得几何形状与网格。

(2) Rigid Body (刚体约束) 在模型得某个区域与一个参考点之间建
立刚性连接，此区域变为一个刚体，各节点之间得相对位置在分析过程中保持不变。

(3) Display Body (显示体约束) 与Rigid Body 类似，受到此约束得实体只用于图形显示，而不参与分析过程。

(4) Coupling (耦合约束) 在模型得某个区域与参考点之间建立约束。

I) Kinematic Coupling (运动耦合) :即在此区域得各节点与参考点之间建立一种运动上得约束关系。

2) Distributing Coupling (分布耦合) :也就是在此区域得各节点与参考点之间建立一种约束关系，但就是对此区域上各节点得运动进行了加权平均处理，使此区域上受到得合力与合力矩与施加在参考点上得力与力矩相等效。

换言之，分布搞合允许面上得各部分之间发生相对变形，比运动捐合中得面更柔软。

(5) Shell-to-Solid Coupling (壳体-实心体约束) 在板壳得边与相邻实心体得面之间建立约束。

(6) Embedded Region (嵌入区域约束) 模型得一个区域镶嵌在另一个区域中。

(7) Equation (方程约束) 用一个方程来定义几个区域得自由度之间得相互关系。

载荷：
4) Shell Edge Load: 施加在板壳边上得力或弯矩。

5) Surface Traction: 施加在面上得单位面积载荷，可以就是剪力或任意方向上得力，通
过一个向量来描述力得方向。

6) Pipe Pressure: 施加在管子内部或外部得压强。

7) Body Force: 单位体积上得体力。

8) Line Load: 施加在梁上得单位长度线载荷。

9) Gravity: 以固定方向施加在整个模型上得均匀加速度，例如重力;ABAQUS 根据此
加速度与材料属性中得密度来计算相应得载荷。

10) Bolt Load: 螺栓或紧固件上得紧固力，或其长度得变化。

11) Generalized Plane Strain: 广义平面应变载荷，它施加在由广义平面应变单元所构成
12) Rotational Body Force: 由于模型得旋转造成得体力、需要指定角速度或角加，以及旋转轴。

13) Connector Force: 施加在连接单元上得力。

14) Connector Moment: 施加在连接单元上得弯矩。

Assembly
(1)独立实体(independent instance) 独立实体就是对Part 功能模块中部件得复制，可以直接对独立实体划分网格(mesh on instance ) ，而不能对相应得部件划分网格。

如果对同一个部件创建了多个独立实体，则需要对每个独立实体分别划分网格。

(2) 非独立实体(dependent instance) 非独立实体就是Part 功能模块中部件得指针(pointer) ，不能直接对非独立实体划分网格，而只能对相应得部件划分网格（mesh on part）如果对同一个部件创建了多个独立实体，则只需对部件划分一次。

格，而不必再为每个非独立实体分别划分网格。

对非独立实体，应在窗口顶部得环境栏中把object选项设为part，即对部件划分网格；反之，对独立实体划分网格，应设为assembly，对整个装配件划分网格。

设置边上得种子，可以点击窗口右下角得constraints选择约束条件
无约束：节点数目可以超出或者少于种子；部分约束：只能超出，不能少于；完全约束
单元形状选择：二维（quad：完全使用四边形，quad-dominated：过渡区允许出现三角形单元，tri：完全使用三角形）三维（hex：完全使用六面体，hex-dominated：过渡区允许出现楔形，tet：完全使用四面体，wedge：完全使用楔形）
网格颜色：structured 绿色sweep 黄色free 粉红色自由网格划分采用tri 与tet得二次单元来保证精度，structured and sweep 一般采用quad and hex ，如果定义seeds完全约束，可能划分不成功，可去除种子。

如果某个区域显示为橙色表明无法使用目前赋予它得网格划分技术来生成网格。

可把实体分割( partition) 为几个简单得区域，再划分网格。

Medial axis 算法：首先把要划分网格得区域分为一些简单得区域，然后使用结构化网格划
分技术来为这些简单得区域划分同格。

1 )使用Medial Axis 算法更容易得到单元形状规则得网格，但网格与种子得位置吻合较差。

2) 在二维模型中使用Medial Axis 算法时，选择Minimize the mesh transition (最小化网格得过渡)可以提高网格得质量，但用这种方法生成得网格更容易偏离种子。

3）如果在某些边设置了受完全约束得seeds，则该算法会自动会其她边设置最佳得种子分布。

4）不支持由cad导入得粗糙模型与虚拟拓扑（virtual topology）Advancing Front 算法：首先在边界上生成四边形网格，然后再向区域内部扩展。

1、得到得网格可以与种子得位置很好地吻合，但在较窄得区可能会使同格歪斜。

2、容易实现从粗网格到细网格得过渡，容易得到大小均匀得网格
3、支持由cad导入得粗糙模型与虚拟拓扑（virtual topology）
检查网格质量：verify mesh
单元类型
(1)线性( linear)单元又称一阶单元，仅在单元得角点处布置节点，在各方向都采用线性插值;
(2) 二次( quadratic) 单元又称二阶单元，在每条边上有中间节点，采用二次插值;
(3) 修正得( modified) 二次单元只有Tri 或Tet 单元才有这种类型，即在每条边上有中间节点，并采用修正得二次插值。

所谓线性完全积分就是指当单元具有规则形状时，所用得高斯积分点得数目足以对单元刚度矩阵中得多项式进行精确积分。

承受弯曲
载荷肘，线性完全职分单元会出现剪切自锁(shear locking) 问题，造成单元过于刚硬，即使划分很细得网格，计算精度仍然很差(Getting Started wilh ABAQUS) "Element formulation and integration"
二次完全积分（quadratic full-integration）单元
计算结果精确，适合模拟应力集中问题；一般无shear locking，但不能用于接触分析；若材料不可压缩，在弹塑性分析中，容易产生volumetric locking；扭曲或弯曲应力有梯度，locking
线性缩减积分（linear reduced-integration）单元
Quad 单元与Hex 单元在ABAQUS/CAE默认得单元类型就是线性减缩积分单元减缩积分单元比普通得完全积分单元在每个方向少用一个积分点。

线性减缩积分单元在单元得中心只有一个积分点，由于存在所谓"沙漏"数值问题而过于柔软，ABAQUS 在线性减缩积分单元中引入了"沙漏刚度"以限制沙漏模式得扩展。

线性减缩积分单元有以下优点，
1)对位移得求解结果较精确。

2) 网格存在扭曲变形时(例如Quad 单元得角度远近大于或小于90°)分析精度不会受到大得影响。

3)在弯曲载荷下不容易发生剪切自锁。

其缺点如下：
1)由要划分较细得网格来克服沙漏问题。

2) 如果、希望以应力集中部位得节点应力作为分析指标，则不能选用此类单元，因为线性减缩积分单元只有在单元得中心有一个积分点，相当于常应力单元，经过外差值与平均后得到得节点应力则不精确。

二次减缩积分（quadratic reduced-integration）单元
优于线性减缩积分单元，不能用于接触分析、大应变问题，精度往往低于二次完全积分单元。

非协调摸式（incompatible modes）单元得优点如下
1) 克服了剪切自锁问题，在单元扭曲比较小得情况下，得到得位移与应力结果很精确。

2) 在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少得单元，就可以得到与二次单元相当得结而计算成本明显降低。

3)使用了增强变形梯度得非协调模式，单元交界处不会重叠或开洞，因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。

注意，如果所关心部位得单元扭曲比较大，尤其就是出现交错扭曲时，分析精度会降低。

综上所述，选择三维实体单元类型时应遵循以下原则。

1)对于三维区域，尽可能采用结构化网格划分技术或扫掠网格划分技术，从而得到Hex 单元网格，减小计算代价，提高计算精度。

当几何形状复杂时，也可以在不重要得区域使用少量模形(Wedge) 单元。

2) 如果使用了自由网格划分技术，Tet 单元得类型应选择二次单元。

在ABAQUS/Explicit
中应选择修正得T et 单元。

C3D10M ，在ABAQUS/Standard 中可以选择C3D10，但如果有
大得塑性变形，或模型中存在接触，而且使用得就是默认得"硬"接触关系( " hard" contact relationship) ，则也应选择修正得Tet 单元C3Dl0M 。

3) ABAQUS 得所有单元均可用于动态分析，选取单元得一般原则与精力分析相同。

但在使用ABAQUS/Explicit模拟冲击或爆炸载荷时，应选用线性单元，因为它们具有集中质量公式，模拟应力波得效果优于二次单元所采用得一致质量公式。

如果使用得求解器就是ABAQUS/Standard，在选择单元类型时还应注意以下方面。

1) 对于应力集中问题，尽量不要使用线性减缩积分单元，可使用二次单元来提高精度。

如果在应力集中部位进行了网格细化，使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到得应力结果相差不大，而二次减缩积分单元得计算时间相对较短。

2) 对于弹塑性分析，如果材料就是不可压缩性得(例如金属材料)，则不能使用二次完全积分单元，否则会出现体积自锁问题，也不要使用二次Tri 单元或T et 单元。

推荐使用得就是修正得二次Tri 单元或T et
单元、非协调单元，以及线性减缩积分单元。

如果使用二次减缩积分单元，当应变超过20% -40% 时要划分足够密得网格。

3) 如果模型中存在接触或大得扭曲变形，则应使用线性Quad 或Hex 单元，以及修正得二次Tri 单元或Tet 单元，而不能使用其她得二次单元。

4) 对于以弯曲为主得问题，如果能够保证在所关心部位得单元扭曲较小，使用非协调单元(例如C3D81 单元)可以得到非常精确得结果。

5) 除了平面应力问题之外，如果材料就是完全不可压缩得(例如橡胶材料)，则应使用杂交单元;在某些情况下，对于近似不可压缩材料也应使用杂交单元。

梁单元得类型选择原则：ABAQUS 中得所有梁单元都可以产生轴向变形、弯曲变形与扭转变形，B21 与B31单元(线性梁单元)以及B22 与B32 单元(二次梁单元)既适用于模拟剪切变形起重要作用得深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要得细长梁，三次单元B23 与B33 只需划分很少得单元就可以得到较精确得结果
1)在任何包含接触得问题中，应使用B21 或B31 单元(线性剪切变形梁单元)
2) 如果横向剪切变形很重要，则应采用B22 与B32 单元(二次Timoshenko 梁单元)。

3) 在ABAQUS/Standard 得几何非线性模拟中，如果结构非常刚硬或非常柔软，应使用
杂交单元，例如B21H 与B32H 单元。

4) 如果在ABAQUS/Standard 中模拟具有开口薄壁横截面得结构，应使用基于横截面翘
曲理论得梁单元，例如B310S 、B320S 单元。

定义耦合约束：
1、定义参考点tools—reference point（interaction module）
2、创建参考点集合tools—set—manager—create set （assembly module）
3、定义受约束得面tools—surface—manager （assembly
module）
4、定义耦合约束create constraint –coupling—sets，选择点集作为耦合约束控制点；surface，选择面集作为约束面---设置couplingt type（耦合类型）为distributing （模型树中位于constraints下）
处在assembly划分网格状态下，面与集合属于整个装配件，若处在部件划分网格得状态下，则面与集合仅属于部件，不能在assembly、interaction or load module 中使用。

定义荷载：
1、定义载荷随时间变化得幅值Load模块，Tools→amplitude→Create ，
Tabular（表格) ，Continue。

输入分析步时间与幅值。

Time span 默认为step time （单个分析步中得时间），若为total time ，则表示所有分析步中得全部时间。

（模型树：amplitudes/）在分析步中荷载以总量而不就是以增量得形式给定。

2、定义荷载面，局部荷载定义需事先在mesh module中分割面。

3、默认幅值ramp 含义：幅值从零线性增长至给定值。

定义边界条件：
1、创建集合load module tools---set—manager（点击show/Hide selection option），只选择面
2、定义边界条件BC—manager
INP在处理器与求解器之间建立了一个传递数据得桥梁
*keyword，参数，参数《abaqus keywords reference manual》INP文件格式规则：
1、以*HEADING开头，以**开始为注释行，不能有空行，关键词、参数、集合名称、面名称不区分大小写
2、没行不超过256个字符，*ELEMENT 包含节点不超过15个，*ELSET与*NSET 数据行包含数据不超过16个，超出部分被忽略。

3、一行未结束需换行时，加逗号
4、关键词与各参数之间、数据之间均要加逗号，表明下一行就是
这行延续INP 带孔方板实例
1、*PREPRINT,,echo=no，model=no，history=no，contact=no；设置dat文件中记录得内容
2、*PART,NAME=名字；非独立实体（网格划分在部件上），part数据块包含节点、单元、集合与截面属性等数据，若为独立实体，则该数据出现在*instance中。

3、*NODE，编号，坐标1，坐标2，，，不同部件与实体可以有相同得编号，在引用时需加上实体名，如PART-A-1、5，表示PART-A-1中得节点5。

4、*ELEMENT,TYPE=单元类型
单元编号，节点1编号，节点2编号。

5、节点集合*NSET单元集合*ELSET分两类
（1）、定义在part或instance数据块中，出现在*part与*end part之间，用于
定义截面属性
（2）、定义在assembly数据块中，出现在*end instance之后、*end assembly之前，用于定荷载、边界条件、面、接触或约束等。

节点集合与单元集合得名称不得超过80个字符
*NEST,NSET=名称，GENERATE
起点编号，终点编号，编号增量
6、*solid section，ELSET=单元集合名称，material=材料名称
<截面参数>截面参数可以就是二维模型得厚度或一维模型得截面面积材料名称不超过80个字符，必须以字母开头
7、*assembly，name=名称9、assembly中得集合与part中基本相同，只
……………需加上INSTANCE=名称*end assembly
8、*instance,name=名称，part=名称10、*surface，type=面类型，name=面名称
……………、构成此面得集合1，名称1
*END INSTANCE 面类型默认值为ELEMENT。