Abaqus单元类型选择
Abaqus单元类型选择 ppt课件
A1.7
Abaqus单元类型选择
ABAQUS/analysis_单元选择 标准
公式 • 用于描述单元行为的数学公式是用于单元分类的另一种方法。 • 不同单元公式的例子：
– 平面应变 – 平面应力 – 杂交单元 – 非协调元 – 小应变壳 – 有限应变壳 – 厚壳 – 薄壳
构尺寸的1/10，比如： – 支撑或点载荷之间的距离 – 尺寸变化很大的横截面之间的距离 – 最高振动模态的波长
A1.14
Abaqus单元类型选择
• 壳单元 – 使用表面模型构成的壳单元近似 模拟三维实体连续体单元。
• 可以有效的模拟弯曲和面内 变形。
– 如果需要分析某个区域的细节， 使用多点约束或子模型的办法可 以将局部的三维实体模型加入到 壳单元模型中。
– 对于具有线弹性材料属性的、 未扭转的单元，精确积分应变 能所需的最小积分阶数。
• 减缩积分:
– 积分的阶数比全积分小一阶。
一次插值
二次插值
ABAQUS/analysis_单元选择 标准
全积分
减缩积分
A1.10
Abaqus单元类型选择
• 单元命名约定：例子
B21: Beam, 2-D, 1st-order interpolation
ABAQUS/analysis_单元选择 标准
3-D 实体
线模型
利用梁单元建模的框架结构
A1.16
ABAQUS/analysis_单元选择标准
Abaqus单元类型选择
Abaqus单元类型选择
• 纯弯曲的物理特征 – 有限元方法企图模拟的材料行为是： • 在变形过程中，横截面仍然保持为 平面。 • 沿厚度方向，轴向应变xx 线性变化。
ABAQUS单元类型及特点汇总
ABAQUS单元类型及特点汇总1、单元表征单元族：单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。
C3D8I是实体单元；S4R是壳单元；CINPE4是无限元；梁单元；刚体单元；膜单元；特殊目的单元，例如弹簧，粘壶和质量；桁架单元。
自由度dof（和单元族直接相关）：每一节点处的平动和转动1 1方向的平动2 2方向的平动3 3方向的平动4 绕1轴的转动5 绕2轴的转动6 绕3轴的转动7 开口截面梁单元的翘曲8 声压或孔隙压力9 电势11 度（或物质扩散分析中归一化浓度）12＋梁和壳厚度上其它点的温度轴对称单元1 r方向的平动2 z方向的平动6 r-z方向的转动节点数：决定单元插值的阶数数学描述：定义单元行为的数学理论积分：应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。
大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。
单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。
ABAQUS拥有广泛适用于结构应用的庞大单元库。
单元类型的选择对模拟计算的精度和效率有重大的影响；节点的有效自由度依赖于此节点所在的单元类型；单元的名字完整地标明了单元族、单元的数学描述、节点数及积分类型；所用的单元都必须指定单元性质选项。
单元性质选项不仅用来提供定义单元几何形状的附加数据，而且用来识别相关的材料性质定义；对于实体单元，ABAQUS参考整体笛卡尔坐标系来定义单元的输出变量，如应力和应变。
可以用*ORIENTATION选项将整体坐标系改为局部坐标系；对于三维壳单元，ABAQUS参考建立在壳表面上的一个坐标系来定义单元的输出变量。
可以用*ORIENTATION选项更改这个参考坐标系。
2．实体单元(C)实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。
C3D:三维单元CAX:无扭曲轴对称单元，模拟3600的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；CPE:平面应变单元，假定离面应变ε33为零，用力模拟厚结构；CPS:平面应力单元，假定离面应力σ33为零，用力模拟薄结构；广义平面应变单元包括附加的推广：离面应变可以随着模型平面内的位置线性变化。
Abaqus单元类型选择解析
A1.2
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• ABAQUS单元库中大量的单元为不同几何体和结构建模提供了非常大的灵活性。 – 可以通过以下的特征为单元分类： •族 • 节点个数 • 自由度 • 公式 • 积分点
二次插值 全积分 减缩积分
一次插值
A1.10
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• 单元命名约定：例子
B21: Beam, 2-D, 1st-order interpolation S8RT: Shell, 8-node, Reduced integration, Temperature
A1.4
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
族 • 有限元族是一种广泛的分类 方法。 • 同族的单元共享许多基本特 征。 • 在同一族单元中又有许多变 异。
刚体单元 薄膜单元 连续体(实体单元) 壳单元 梁单元
无限单元
特殊单元，如弹簧、 阻尼器和质量单元
桁架单元
A1.5
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
节点个数 (插值) • 节点的单元编号决定了单元域内 节点自由度的插值方式。 • ABAQUS包含一阶和二阶插值方 式的单元。
一次插值 二次插值
A1.6
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
自由度 • 在有限元分析过程中，单元节点的自由度是基本变量。 • 自由度的例子： – 位移 – 转动 – 温度 – 电势 • 一些单元具有与用户定义的节点不相关的内部自由度。
abaqus c3d8p单元类型
Abaqus软件是一款广泛应用于工程实践中的有限元分析软件，因其强大的功能和稳定的性能而备受工程师和研究人员的青睐。
在Abaqus中，有许多不同的单元类型可供用户选择，每种单元类型都有其特定的适用范围和优缺点。
其中，c3d8p单元类型是Abaqus中常用的一种典型的八节点有限元单元类型，本文将对其进行详细介绍。
1. c3d8p单元类型概述c3d8p单元是Abaqus中的八节点有限元单元类型，它具有平行六面体的形状，适用于对复杂的结构进行分析。
该单元类型在模拟物体的各向同性材料时表现出色，能够准确地描述结构的应力、应变和变形等力学特性。
2. c3d8p单元类型的特点（1）高精度：c3d8p单元类型具有八个节点，可以更准确地刻画结构的变形情况，提高了分析的精度和准确度。
（2）适用范围广：该单元类型适用于各种各样的结构分析，包括金属结构、混凝土结构和复合材料等。
（3）对称性好：c3d8p单元类型具有较好的对称性，可以在分析中减小误差，保证分析结果的准确性。
3. c3d8p单元类型的应用场景c3d8p单元类型广泛应用于工程领域的结构分析和设计中，包括但不限于：（1）航空航天领域：用于飞机、航天器等复杂结构的应力、疲劳和损伤分析。
（2）土木工程领域：用于桥梁、隧道等土木结构的承载能力和稳定性分析。
（3）机械制造领域：用于汽车、机器设备等的零部件强度和刚度分析。
（4）材料科学领域：用于纤维增强复合材料的强度和疲劳性能分析。
4. c3d8p单元类型的优缺点（1）优点：a. 高精度：能够准确描述结构的应力、应变和变形特性；b. 适用范围广：可用于各种结构的分析；c. 对称性好：分析结果更加准确。
（2）缺点：a. 计算成本高：由于节点数较多，计算成本较高；b. 不适用于屈曲分析：在一些特定情况下，c3d8p单元类型不适用于屈曲分析。
5. c3d8p单元类型的使用注意事项在使用c3d8p单元类型进行分析时，需要注意以下几点：（1）合理网格划分：合理的网格划分是保证分析精度和效率的关键，需要根据分析对象的实际情况进行网格划分。
(完整版)ABAQUS实体单元类型总结
在ABAQUS中，基于应力/位移的实体单元类型最为丰富：（1）在ABAQUS/Sandard中，实体单元包括二维和三维的线性单元和二次单元，均可以采用完全积分或缩减积分，另外还有修正的二次Tri单元（三角形单元）和Tet单元(四面体单元)，以及非协调模式单元和杂交单元。
（2）ABAQUS/Explicit中，实体单元包括二维和三维的线性缩减积分单元，以及修正的二次二次Tri单元（三角形单元）和Tet单元(四面体单元)，没有二次完全积分实体单元。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------按照节点位移插值的阶数，ABAQUS里的实体单元可以分为以下三类：线性单元（即一阶单元）：仅在单元的角点处布置节点，在各个方向都采用线性插值。
二次单元（即二阶单元）：在每条边上有中间节点，采用二次插值。
修正的二次单元（只有Tri 或Tet 才有此类型）：在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值。
******************************************************************************* ***************1、线性完全积分单元：当单元具有规则形状时，所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。
缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，计算精度仍然很差。
2、二次完全积分单元：优点：（1）应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；（2）一般情况下，没有剪切自锁问题（shear locking）。
但使用这种单元时要注意：（1）不能用于接触分析；（2）对于弹塑性分析，如果材料不可压缩（例如金属材料），则容易产生体积自锁（volumetric locking）；（3）当单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。
abaqus中单元的选取
ABAQUS中单元的选取总结实体单元的选择1. 如果不需要模拟非常大的应变或进行复杂的需改变接触条件的问题，则应采用二次减缩积分单元（CAX8R、CPE8R、CPS8R、C3D20R等）；2. 如果存在应力集中，则在局部应采用二次完全积分单元（CAX8、CPE8、CPS8、C3D20等）。
它们可用最低费用提供应力梯度最好的解答。
3. 涉及到非常大的网格扭曲问题（大变形分析），建议采用细网格剖分的线性减缩积分单元（CAX4R、CPE4R、CPS4R、C3D8R等）；4. 对接触问题采用线性减缩积分单元或细分的非协同单元（CAX4I、CPE4I、CPS4I、C3D8I等）；5. 尽可能的减少网格变形的扭歪，形状扭歪的粗网格线性单元会导致非常差的结果。
壳单元的选择1．当要求解十分精确时，可使用线性、有限薄膜应变、完全积分的四边形壳单元（S4），这个壳单元十分适合于要考虑膜作用或有弯曲模式沙漏的问题，也适合于有平面弯曲的问题；2．线性、有限薄膜应变、减缩积分、四边形壳单元（S4R）较流行，适合于各类问题的应用；3．线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3/S3R）可作为一般的壳单元来使用。
因为在单元内部是常应变应力场，求解弯曲变形和高应变梯度时需要精细的网格剖分；4．考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，可应用厚壳单元（S4、S4R、S3、S3R、S8R）来模拟它，此时需检验平面假定是否满足；5．四边形或三角形的二次壳单元，对于一般的小变形薄壳来说是很有效的，它们对于剪力锁闭和薄膜锁闭不敏感；6．如果在接触问题中一定要用二阶单元，不要选用二阶三角形壳单元（STRI65），而要采用9节点的四边形壳单元（S9R5）；7．对于几何线性的，但规模又非常大的模型，线性薄壳单元（S4R5）通常将比一般壳单元效率更高。
梁单元的选择1. 对任何涉及到接触的分析，应使用一阶的、有剪切变形的梁单元（B21、B31）;2. 对于结构刚度非常大或非常柔软的结构，在几何非线性分析中应当使用杂交梁单元（B21H、B32H等）；3. Euler-Benoulli三次梁单元（B23、B33）在模拟承受分布荷载作用的梁，包括动态的振动分析时，会有很高的精度。
abaqus与nastran壳单元类型
《abaqus与nastran壳单元类型的比较与应用》近年来，有限元分析方法在工程设计领域得到了广泛的应用。
在有限元分析软件中，abaqus和nastran是两个常用的软件包，它们各自拥有多种壳单元类型，用于对薄壳结构进行分析。
本文将对abaqus与nastran的壳单元类型进行比较，并探讨其在工程实践中的应用。
一、abaqus壳单元类型1. 二维壳单元在abaqus中，常用的二维壳单元类型包括STRI65、S4R和S4。
STRI65是三节点三角形单元，适用于各种弯曲和薄壁结构的分析；S4R是四节点矩形单元，适用于各种应力状态下的薄壁结构的分析；S4是四节点四边形单元，也适用于各种应力状态下的薄壁结构的分析。
2. 三维壳单元对于三维壳结构，abaqus中常用的壳单元类型包括SHELL181和SHELL281。
SHELL181是六节点二次三角形单元，适用于各种复杂应力状态下的薄壁结构；SHELL281是八节点二次四边形单元，适用于各种复杂应力状态下的薄壁结构。
二、nastran壳单元类型1. 二维壳单元在nastran中，常用的二维壳单元类型包括SHELL4和SHELL63。
SHELL4是四节点四边形单元，适用于各种弯曲和薄壁结构的分析；SHELL63是六节点三角形单元，适用于各种弯曲和薄壁结构的分析。
2. 三维壳单元对于三维壳结构，nastran中常用的壳单元类型包括CBAR和CQUAD4。
CBAR是二节点柱单元，适用于各种复杂应力状态下的薄壁结构；CQUAD4是四节点四边形单元，适用于各种复杂应力状态下的薄壁结构。
三、abaqus与nastran壳单元类型的比较从上述介绍可以看出，abaqus与nastran在壳单元类型上有很多的相似之处，比如都有针对二维和三维壳结构的多种单元类型可供选择。
但同时也存在一些差异，比如abaqus中的SHELL181和nastran中的SHELL4，虽然都是用于薄壁结构的分析，但其节点数和形状略有不同。
abaqus四面体单元类型
abaqus四面体单元类型
Abaqus有几种四面体单元类型，其中常用的包括：
1. C3D4：普通四面体单元，具有4个节点和4个积分点。
2. C3D4H：压力四面体单元，具有4个节点和4个积分点，用于模拟固体中的流体流动。
3. C3D10：高阶四面体单元，具有10个节点和4个积分点，比普通四面体具有更高的准确性。
4. C3D10M：由于升级的四面体单元，具有更好的形状函数属性。
它具有10个节点和4个积分点。
5. C3D10H：采用四面体单元H積分法。
它具有10个节点和4个积分点，用于模拟固体中的流体流动。
6. C3D10M：由于升级的高阶四面体单元，具有10个节点和4个积分点。
它通过改进形状函数来提高准确性。
7. C3D10H：采用四面体单元H積分法。
它具有10个节点和4个积分点，用于模拟固体中的流体流动。
这些四面体单元类型具有不同的节点数、积分点数和准确性，可根据具体模拟需求选择合适的单元类型。
abaqus一次单元和完全积分单元
abaqus是一个用于有限元分析的强大软件。
在使用abaqus进行有限元分析时，用户需要选择合适的单元进行建模和求解。
abaqus中包含了多种类型的单元，其中一次单元和完全积分单元是比较常见且重要的两种类型。
本文将对这两种单元进行介绍和比较，以帮助用户更好地理解它们的特点和适用范围。
一次单元（C3D8）是abaqus中常用的一种典型六面体单元，其具有以下特点：1.1. 六面体单元：一次单元是一个六面体单元，具有8个节点和27个自由度。
它可以用于模拟各种三维结构的应力、应变分布和变形情况。
1.2. 简单高效：一次单元具有结构简单、计算高效的特点，适用于大多数情况下的有限元分析。
1.3. 局限性：但是，一次单元并不适用于所有情况。
在模拟高梯度场、弯曲效应或者非常规加载条件下，一次单元可能无法提供准确的结果。
相对而言，完全积分单元（C3D8I）是对一次单元的改进和扩展，其特点如下：2.1. 对弯曲效应和非线性材料有更好的适用性：完全积分单元具有更好的适用性，尤其是在模拟高梯度场、弯曲效应或者非线性材料的情况下更能提供准确的结果。
2.2. 全积分：完全积分单元是指在有限元积分时采用全积分法，这意味着对于单元内部的应力和应变的计算更加准确。
2.3. 计算量大：由于采用全积分法，完全积分单元的计算量较大，因此在处理大型模型或者需要高精度结果的情况下，需要考虑计算成本和时间。
一次单元和完全积分单元各有其特点和适用范围。
在实际应用中，用户需要根据具体的分析对象和需求来选择合适的单元类型。
对于结构简单、加载条件不太复杂的情况下，一次单元是一个非常合适的选择，它能够在保证计算效率的同时提供较为准确的结果；而对于复杂的加载条件或者非线性材料的模拟，完全积分单元则更能满足精度的要求。
对于有限元分析工程师来说，熟练掌握并灵活运用这两种单元类型是非常重要的。
3. 适用范围的具体案例在工程实践中，一次单元和完全积分单元的选择取决于具体的分析对象和需求。
abaqus壳单元类型与介绍
abaqus壳单元类型与介绍
Abaqus提供了多种壳单元类型，用于建模薄壳结构。
以下是几种常用的壳单元类型及其介绍：
1. S4R：四边形单元，适用于规则四边形薄壳结构。
单元的变形模态是平面应变模态。
2. S4RS：四边形单元，与S4R类似，但包含了剪切应变模态。
适用于需要考虑剪切效应的薄壳结构。
3. S4: 与S4R类似，但可以用于非规则四边形薄壳结构。
4. S4RSW：S4RS单元的扩展版本，增加了自由转动刚度。
适用于需要考虑薄壳结构的弯曲刚度和自由扭转刚度的情况。
5. S3: 三角形薄壳单元，适用于规则或非规则三角形薄壳结构。
与S4单元相比，S3单元具有更高的变形计算效率。
以上只是几种常见的壳单元类型，Abaqus还提供了其他类型的壳单元，如S8R、S9R、S8、S9等。
选择合适的壳单元类型需要根据具体的模型以及需要考虑的变形模态和计算效率来决定。
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型摘要：一、引言1.介绍Abaqus 软件2.热力耦合单元类型的重要性二、Abaqus 热力耦合单元类型的分类1.热力耦合单元的定义2.热力耦合单元的分类a.线性热力耦合单元b.二次热力耦合单元c.三次热力耦合单元三、各类热力耦合单元的特点与应用1.线性热力耦合单元a.单元类型及说明b.适用范围与场景2.二次热力耦合单元a.单元类型及说明b.适用范围与场景3.三次热力耦合单元a.单元类型及说明b.适用范围与场景四、Abaqus 热力耦合单元类型的选择1.根据问题需求选择合适的单元类型2.考虑数值稳定性和计算效率五、结论1.总结Abaqus 热力耦合单元类型的分类和特点2.强调选择合适的单元类型对分析结果的重要性正文：一、引言Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以模拟各种复杂的力学问题。
在热力耦合分析中，选择合适的单元类型对于获得准确的计算结果至关重要。
本文将介绍Abaqus 热力耦合单元类型及其应用。
二、Abaqus 热力耦合单元类型的分类热力耦合单元是指能够在计算过程中同时考虑热力学效应的单元。
Abaqus 提供了多种热力耦合单元类型，包括线性热力耦合单元、二次热力耦合单元和三次热力耦合单元。
1.线性热力耦合单元：线性热力耦合单元是最简单的一种热力耦合单元，主要用于分析温度变化较小的问题。
它能够满足大部分热力耦合问题的需求，但对于复杂的热力耦合问题，可能需要更高阶的单元类型。
2.二次热力耦合单元：二次热力耦合单元在某些特定情况下可以提供更好的精度，例如分析材料的热膨胀或者热应力问题时。
这种单元类型可以更好地捕捉材料的热力学行为。
3.三次热力耦合单元：三次热力耦合单元具有更高的精度，适用于需要高精度分析的场景，如分析材料的热蠕变或者热疲劳等问题。
三、各类热力耦合单元的特点与应用1.线性热力耦合单元：适用于大部分热力耦合问题，计算效率较高，易于设置。
如何选择ABAQUS单元类型
1、按照节点位移插值的阶数，可以将ABAQUS单元分为线性单元、二次单元和修正的二次单元2、线性完全积分单元在承受弯曲载荷时会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，计算精度仍然很差3、二次完全积分单元适于模拟应力集中问题，一般情况下不会出现剪切自锁，但不能在接触分析和弹塑性分析中使用4、线性减缩积分单元对位移的求解结果较精确，在弯曲载荷下不容易发生剪切自锁，网格的扭曲变形（例如Quad单元的角度远远大于或小于90°）对其分析精度影响不大，但这种单元需要划分较细的网格来克服沙漏问题，且不适于求解应力集中部位的节点应力5、二次减缩积分单元不但支持了线性减缩积分单元的优点，而且不划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题，即使在复杂应力状态下，对自锁问题也不敏感，但它不适于接触分析和大应变问题6、非协调模式单元克服了剪切自锁问题，在单元扭曲比较小的情况下得到的位移和应力结果很精确，但如果所关心部位的单元扭曲比较大，其分析精度会降低7、线性Tri单元和Tet单元的精度很差，二次Tet单元(C3D10)适于ABAQUS/Standand中的小位移无接触问题，修正的二次Tet单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit，以及ABAQUS/Standand中的大变形和接触问题8、ABAQUS的壳单元可以有多种分类方法，按照薄壳和厚壳来划分，可以分为通用目的（general-purpose）壳单元和特殊用途（special-purpose）壳单元；按照单元的定义方式，可以分为常规（conventional）壳单元和连续体（continuum）壳单元9、ABAQUS中的所有梁单元都可以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形，B21和B31单元（线性梁单元）以及B22和B32单元（二次梁单元）即适用于模拟剪切变形引起重要作用的深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁，三次单元B23和B33只需划分很少的单元就可以得到较精确的结果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。
(完整版)Abaqus单元类型选择
构尺寸的1/10，比如： – 支撑或点载荷之间的距离 – 尺寸变化很大的横截面之间的距离 – 最高振动模态的波长
A1.14
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 壳单元 – 使用表面模型构成的壳单元近似 模拟三维实体连续体单元。
A1.4
ABAQUS中的单元
族
• 有限元族是一种广泛的分类 方法。
• 同族的单元共享许多基本特 征。
• 在同一族单元中又有许多变 异。
连续体(实体单元)
刚体单元
ABAQUS/analysis_单元选择标准
壳单元
梁单元
薄膜单元
无限单元
特殊单元，如弹簧、 阻尼器和质量单元
桁架单元
A1.5
ABAQUS中的单元
ABAQUS/analysis_单元选择标准
Element type
单元类型选择标准
概述
• ABAQUS中的单元 • 结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元 • 使用连续体单元模拟弯曲 • 应力集中 • 接触 • 不可压材料 • 网格生成 • 选择实体单元总结
ABAQUS/analysis_单元选择标准
节点个数 (插值) • 节点的单元编号决定了单元域内
节点自由度的插值方式。 • ABAQUS包含一阶和二阶插值方
式的单元。
ABAQUS/analysis_单元选择标准
一次插值
二次插值
A1.6
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
自由度 • 在有限元分析过程中，单元节点的自由度是基本变量。 • 自由度的例子：
ABAQUS实体单元类型总结教学内容
在ABAQUS中，基于应力/位移的实体单元类型最为丰富：(1)在ABAQUS/Sandard中，实体单元包括二维和三维的线性单元和二次单元，均可以采用完全积分或缩减积分，另外还有修正的二次Tri 单元(三角形单元)和Tet 单元(四面体单元)，以及非协调模式单元和杂交单元。
(2)ABAQUS/Explicit 中，实体单元包括二维和三维的线性缩减积分单元，以及修正的二次二次Tri单元(三角形单元)和Tet单元(四面体单元)，没有二次完全积分实体单元。
按照节点位移插值的阶数，ABAQUS里的实体单元可以分为以下三类：线性单元(即一阶单元) ：仅在单元的角点处布置节点，在各个方向都采用线性插值。
二次单元(即二阶单元) ：在每条边上有中间节点，采用二次插值。
修正的二次单元(只有Tri 或Tet 才有此类型) ：在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值。
******************************************************************************* ***************1 、线性完全积分单元：当单元具有规则形状时，所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。
缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，计算精度仍然很差。
2、二次完全积分单元：优点：(1)应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；( 2)一般情况下，没有剪切自锁问题( shear locking)。
但使用这种单元时要注意：( 1 )不能用于接触分析；( 2)对于弹塑性分析，如果材料不可压缩 (例如金属材料) ，则容易产生体积自锁 ( volumetric locking)；（3）当单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。
3、线性减缩积分单元：减缩积分单元，比普通的完全积分单元在每个方向少用一个积分点；线性缩减积分单元：只在单元的中心有一个积分点，由于存在沙漏数值问题（hourglass）而过于柔软。
abaqus单元扭曲控制
abaqus单元扭曲控制
在Abaqus中，可以通过选择合适的单元类型和使用适当的材
料模型来控制单元的扭曲行为。
以下是一些常见的方法：
1. 单元类型选择：选择合适的单元类型可以更好地捕捉和控制扭曲行为。
例如，在二维平面应力和应变问题中，可以使用
S4R单元来模拟扭转行为；在三维应力和应变问题中，可以使用C3D8R单元或C3D20R单元来模拟扭转行为。
2. 材料模型选择：选择合适的材料模型可以更好地描述和控制单元的扭曲行为。
例如，在金属材料中，可以使用von Mises
屈服准则来模拟扭转行为；在橡胶材料中，可以使用Mooney-Rivlin模型或Neo-Hookean模型来模拟扭转行为。
3. 单元类型组合：对于复杂的扭曲问题，可以结合使用不同类型的单元来模拟不同部分的扭曲行为。
通过将不同类型的单元进行连接或配合使用，可以更精确地模拟整个结构的扭曲行为。
4. 网格划分优化：合理的网格划分可以提高对扭曲行为的控制。
在高应变梯度的区域，可以使用更密的网格来更好地捕捉和模拟扭曲行为。
5. 使用约束：通过使用边界条件和约束条件，可以进一步控制单元的扭曲行为。
例如，在模拟杆件弯曲时，可以在两端施加固定约束，以限制扭曲行为。
总而言之，通过选择合适的单元类型、材料模型、单元类型组
合、网格划分和使用约束条件，可以有效地控制和模拟单元的扭曲行为。
abaqus受剪板单元类型
abaqus受剪板单元类型
在Abaqus中，对于受剪板单元类型，有几种常见的选择。
这些选择通常基于你正在模拟的具体问题和所需的精度。
以下是几种常见的受剪板单元类型：
四边形（Quadrilateral）：四边形是二维元素，通常用于模拟平面应变或平面应力问题。
如果你正在处理的是薄板或薄膜，并且剪切应变是主要的关注点，那么四边形是一个很好的选择。
六面体（Hexahedron）：六面体元素是三维元素，通常用于模拟三维问题。
当涉及到较大的剪切应变或三维效应时，可能需要使用六面体元素。
八面体（Octahedron）：八面体元素类似于六面体元素，但它们具有八个角点而不是六个。
这使得它们在某些情况下更适合模拟剪切行为，特别是当涉及到较大的剪切应变或需要更高的精度时。
二十面体（Icosahedron）：二十面体元素是一种非常灵活的元素类型，通常用于模拟复杂的几何形状和应变状态。
它们可以很好地处理剪切行为，特别是当涉及到复杂的应力分布和较高的剪切应变时。
选择哪种受剪板单元类型取决于你的具体问题和需求。
你可能需要根据你的模型的具体几何形状、应力和应变状态以及所需的精度来选择最适合的元素类型。
在进行模拟之前，进行一些试验和误差分析也是非常重要的，以确保所选的元素类型能够提供准确的模拟结果。
ABAQUS单元选择
– An element’s number of nodes determines how the nodal degrees of freedom will be interpolated over the domain of the element.
– ABAQUS includes elements with both first- and second-order interpolation. 插值函数阶数可以为一 次或者两次
–Examples of different element formulations: •Plane stress 平面应力
•Hybrid elements 杂交单元 •Incompatible-mode elements 非协调元 •Small-strain shells 小应变壳元 •Finite-strain shells 有限应变壳元 •Thick shells 后壳 •Thin shells 薄壳
special-purpose elements like springs, dashpots, and masses
truss elements
2003, ABAQUS软件公司北京代表处.
ABAQUS/Standard 基础教程
A1.6
Elements in ABAQUS
• Number of nodes 节点数(interpolation)
• The distance between supports or point loads
• The distance between gross changes in cross section • The wavelength of the highest vibration mode
abaqus 热力耦合单元类型
abaqus 热力耦合单元类型
在Abaqus中，热力耦合可以使用以下几种单元类型：
1. CHBDYE：用于定义热流通过壳结构表面的边界条件。
2. CHTBDYE：用于定义通过壳结构表面的热流和温度的边界条件。
3. CHBDYG：用于定义热流通过固体或壳结构表面的边界条件。
4. CHBDTC：用于定义通过固体或壳结构表面的热流和温度的边界条件。
5. CHBDYP：用于定义通过表面属性来表征热流和温度的表面荷载。
6. CHTBP：用于定义通过表面属性来表征热流和温度的表面荷载。
7. CHBDYG3：用于定义沿壳结构边界的热流和温度。
这些单元类型可以实现热力耦合分析，根据具体应用场景和需要选择合适的单元类型。
abaqus中单元的选择宝典
1.完全积分是指当单元具有规则形状时，所用的高斯积分点可以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确地积分。
2.剪力自锁将使单元变得“刚硬”，只影响受弯曲荷载的完全积分线性（一阶）单元，这些单元功能在受直接或剪切荷载时没有问题。
二次单元的边界可以弯曲，没有剪力自锁的问题。
3.只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和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.只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和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：只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和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的结果，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的结果，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的结果，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）。
对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（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）的细网格划分。
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）。
ABAQUS实体单元类型总结
在ABAQUS中，基于应力/位移的实体单元类型最为丰富：〔1〕在ABAQUS/Sandard中，实体单元包括二维和三维的线性单元和二次单元，均可以采用完全积分或缩减积分，另外还有修正的二次Tri单元〔三角形单元〕和Tet单元(四面体单元)，以及非协调模式单元和杂交单元。
〔2〕ABAQUS/Explicit中，实体单元包括二维和三维的线性缩减积分单元，以及修正的二次二次Tri单元〔三角形单元〕和Tet单元(四面体单元)，没有二次完全积分实体单元。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------按照节点位移插值的阶数，ABAQUS里的实体单元可以分为以下三类：线性单元〔即一阶单元〕：仅在单元的角点处布置节点，在各个方向都采用线性插值。
二次单元〔即二阶单元〕：在每条边上有中间节点，采用二次插值。
修正的二次单元〔只有Tri 或Tet 才有此类型〕：在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值。
******************************************************************************* ***************1、线性完全积分单元：当单元具有规那么形状时，所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。
缺点：承受弯曲载荷时，会出现剪切自锁，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，计算精度仍然很差。
2、二次完全积分单元：优点：〔1〕应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；〔2〕一般情况下，没有剪切自锁问题〔shear locking〕。
但使用这种单元时要注意：〔1〕不能用于接触分析；〔2〕对于弹塑性分析，如果材料不可压缩〔例如金属材料〕，那么容易产生体积自锁〔volumetric locking〕；〔3〕当单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时，有可能出现某种程度的自锁。
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实用文档
elliptical shape
A1.32
应力集中
• 一阶单元(包括非协调模式 单元)在应力集中问题中的 效果较差。
单元类型
• 二阶单元，如 CPS6, CPS8, 和CPS8R可以得到 较好的结果。
CPS3 CPS4 CPS4I
CPS4Rபைடு நூலகம்
CPS6
CPS8
CPS8R
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s at Dyy (Target = 100.0)
接触
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接触
• 几乎所有的单元类型都可以很好的 处理接触问题，但有以下几个例外：
– 二阶四边形/六面体单元
– “常规的” 二阶三角形/四面 体（与名字以“M”结尾的、 “修正的”三角形/四面体单 元相对应）单元、二阶楔形单 元和六节点壳和薄膜单元。
• 这些单元将导致收敛困难。
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对于二阶四面体、楔型体和六节点壳和薄膜单元， 由压力载荷转化为一致节点力的方向与基于罚函数 接触算法的经典硬接触的节点力方向不一致。
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Element type
单元类型选择标准
概述
• ABAQUS中的单元 • 结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元 • 使用连续体单元模拟弯曲 • 应力集中 • 接触 • 不可压材料 • 网格生成 • 选择实体单元总结
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A1.2
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ABAQUS中的单元
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ABAQUS中的单元
A1.29
应力集中
• 相对一阶单元，二阶单元可以利用较少的 单元捕获曲边等几何特征。
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Physical model
一次单元模型—单元表 二次单元模型—单元表
面为直线片断
面为二次曲线
A1.30
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应力集中
• 当初始形状扭曲时，一阶和二阶四边形 和六面体单元的精度都会下降。
– 一阶单元对扭曲的敏感性低于二阶
在材料高度约束时，这种影响更
加严重。
体积锁闭效应的例子
A1.38
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不可压材料
• 由于积分点的体积必须保持为常数，导致允许的位移场过度约束，所以产生了体 积锁闭。 – 比如，由8节点六面体单元组成的细划的三维网格，平均每个单元的1个节点 有3个自由度。 – 每个积分点的体积必须保持为常数。 – 每个全积分六面体单元使用8个积分点；因此，在本例中每个单元有8个约束， 但是只有三个可用的自由度满足这些约束。 – 网格被过度约束—它产生 “锁闭”。
粗网格
细网格
55.06
76.87
71.98
91.2
63.45
84.37
43.67
60.6
96.12
101.4
91.2
100.12
92.56
97.16
A1.33
应力集中
• 在应力集中区域，形状良好、二阶、 减缩积分四边形和六面体单元将得到 较好的精度。
– 在这些区域，扭曲单元将降低精 度。
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A1.34
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积分点
因为单元的边必须仍然为直边，所 以变形之后的等参线之间的夹角不
再保持为90o (意味着xy 0 )。
不要在弯曲起主要作用的区域使用这些单元!
A1.20
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使用连续体单元模拟弯曲
• 使用一阶减缩积分单元模拟弯曲 (CPE4R, …)
– 这些单元去除了剪切锁闭效应。
– 然而，使用这些单元时会出现沙漏 现象。
0
0
0 如果在厚度方向有足够的单
元，OK
0
0
0 如果不是过渡扭曲，OK
A1.27
应力集中
实用文档
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应力集中
• 存在应力集中的问题中，二阶单元相对一阶单元的优势非常明显；并且二阶单元 非常适合于模拟（静态）裂纹。 – 全积分单元和减缩积分单元都工作得很好。 – 一般减缩积分单元的效率更高—在较低的计算费用的前提下，结果同全积分 单元结果一样好，甚至优于全积分单元。
• 在中心处，只有一个积分点。
• 在厚度方向的一个单元不能检 测到弯曲应变。
• 变形为零能模式（产生变形， 但是没有应变；被称为“沙 漏”）。
长度的改变为零(意味着积分点上没有应变）。 单个一阶减缩积分单元的弯曲行为。
A1.21
使用连续体单元模拟弯曲
• 沙漏在一阶减缩积分单元中可以很容易 的传播，并导致不可靠的结果。
– 在圆弧上，线平行于梁轴。
A1.18
使用连续体单元模拟弯曲
• 使用二阶实体单元模拟弯曲 (CPE8, C3D20R, …) – 二阶全积分和减缩积分实体单元 可以精确模拟弯曲： • 轴向应变等于初始水平线的 长度变化。 • 厚度方向的应变为零。 • 剪切应变为零。
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初始垂直的线长度不变 (意味着yy = 0)。
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同样的载荷和位移 (1000×)。
A1.23
实用文档
使用连续体单元模拟弯曲
– 在ABAQUS/Viewer中，使用Use the X–Y 绘图功能比较能量。
内能
内能
伪应变能
伪应变能
沿厚度方向有两个单元： 伪应变能与 内能之比为2%。
沿厚度方向有四个单元： 伪应变能与 内能之比为0.1%。
A1.24
A1.25
使用连续体单元模拟弯曲
• 例子：扭曲单元的悬臂梁
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平行扭曲
梯形扭曲
A1.26
使用连续体单元模拟弯曲
• 总结
实用文档
单元类型 物理行为 二阶插值 一阶插值、全积分 一阶插值、减缩积分
非协调模式
xx
yy
xy
0
0
0
注释
0
0
0 OK
0
0
0 剪切锁闭
0
0
0 如果在厚度方向单元过少，
将会出现沙漏现象
A1.9
ABAQUS中的单元
• 全积分:
– 对于具有线弹性材料属性的、 未扭转的单元，精确积分应变 能所需的最小积分阶数。
• 减缩积分:
– 积分的阶数比全积分小一阶。
一次插值
二次插值
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全积分
减缩积分
A1.10
ABAQUS中的单元
• 单元命名约定：例子
B21: Beam, 2-D, 1st-order interpolation
– 平面应变 – 平面应力 – 杂交单元 – 非协调元 – 小应变壳 – 有限应变壳 – 厚壳 – 薄壳
A1.8
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ABAQUS中的单元
积分点 • 在单元之内，刚度和单元质量在采样点，所谓的“积分点”，进行数值计算。 • 用于积分这些变量的数值算法将影响单元的行为。 • ABAQUS包含“全”积分和“减缩”积分单元。
A1.12
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结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
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结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 连续体(实体)单元模型一般较大、并且昂贵，尤其对于三维问题。 • 如果合适，应该尽量使用结构单元(壳和梁)，以得到更经济的解。
– 与连续体单元模型相比，结构单元模型需要的单元一般少得多。 • 对于能得到可接受结果的结构单元，壳的厚度和梁截面的尺寸应该小于总体结构
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使用连续体单元模拟弯曲
• 使用非协调模式单元模拟弯曲 (CPS4I, …) – 对于以弯曲为主的问题中，这种单元可能是效率最高的实体单元。 – 计算费用在一阶和二阶减缩积分单元之间，兼有两种积分方法的优 点。 • 可以正确的模拟剪切行为—在纯弯曲问题中没有剪切应变。 • 在厚度方向，仅用一个单元就可以模拟弯曲。 • 没有沙漏模式；在塑性和接触问题中，工作的很好。 – 如果单元严重扭曲，相对一阶减缩积分单元的优势将会减弱；然而， 在严重扭曲的条件下，所有单元的精度都会下降。
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3-D 实体
表面模型
遭受发射冲击半球圆顶的壳模型
A1.15
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 梁单元 – 使用线模型构成的梁单元近似模 拟三维实体单元。 • 可以有效的模拟弯曲、扭转 和轴力。 • 有许多可用的横截面形状。 • 还可以用工程常数的方式指 定横截面属性。
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3-D 实体
尺寸的1/10，比如： – 支撑或点载荷之间的距离 – 尺寸变化很大的横截面之间的距离 – 最高振动模态的波长
A1.14
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 壳单元
– 使用表面模型构成的壳单元近似 模拟三维实体连续体单元。
• 可以有效的模拟弯曲和面内 变形。
– 如果需要分析某个区域的细节， 使用多点约束或子模型的办法可 以将局部的三维实体模型加入到 壳单元模型中。
线模型
利用梁单元建模的框架结构
A1.16
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使用连续体单元模拟弯曲
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使用连续体单元模拟弯曲
• 纯弯曲的物理特征
– 有限元方法企图模拟的材料行为是：
• 在变形过程中，横截面仍然保持为 平面。
• 沿厚度方向，轴向应变xx 线性变 化。
xx
• 如果 = 0 ，厚度方向的应变yy
为零。
• 没有薄膜剪切应变。
ABAQUS中的单元
自由度 • 在有限元分析过程中，单元节点的自由度是基本变量。 • 自由度的例子：
– 位移 – 转动 – 温度 – 电势 • 一些单元具有与用户定义的节点不相关的内部自由度。
A1.7
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ABAQUS中的单元
公式 • 用于描述单元行为的数学公式是用于单元分类的另一种方法。 • 不同单元公式的例子：
• ABAQUS单元库中大量的单元为不同几何体和结构建模提供了非常大的灵活性。 – 可以通过以下的特征为单元分类： •族 • 节点个数 • 自由度 • 公式 • 积分点