Abaqus单元类型选择解析

利用梁单元建模的框架结构
A1.16
ABAQUS/analysis_单元选择标准
使用连续体单元模拟弯曲
ABAQUS/analysis_单元选择标准
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。 • 如果 = 0 ，厚度方向的应变yy 为 零。 • 没有薄膜剪切应变。 – 在圆弧上，线平行于梁轴。 xx
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。
3-D 实体 表面模型
遭受发射冲击半球圆顶的壳模型
A1.15
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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。
3-D 实体 线模型
• 还可以用工程常数的方式指 定横截面属性。
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。
A1.9
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
A1.7
ABAQUS/analysis_单元选择标准
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： – 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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CAX8R: Continuum, AXisymmetric, 8-node, Reduced integration
CPE8PH: Continuum, Plane strain, 8-node, Pore pressure, Hybrid
DC3D4: Diffusion (heat transfer), Continuum, 3-D, 4-node
ABAQUS/analysis_单元选择标准
Element type
单元类型选择标准
ABAQUS/analysis_单元选择标准
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
A1.12
ABAQUS/analysis_单元选择标准
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
A1.2
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
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
二次插值 全积分 减缩积分
一次插值
A1.10
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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
DC1D2E: Diffusion (heat transfer), Continuum, 1-D, 2-node, Electrical
A1.11
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• 比较ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit单元库 – 两种程序基本上具有相同的单元族：连续体、壳、梁等等。 – 除了应力分析，ABAQUS/Standard包括许多可以用于其它分析类型的单元： 热传导、土壤固结、声学等等。 • 在ABAQUS/Explicit中也可以使用声学单元。 – 对于每个单元族，ABAQUS/Standard包含许多变种。 – ABAQUS/Explicit包含几乎所有的一阶单元。 • 例外：二阶三角形和四面体单元、二阶梁单元 – 对于两种程序，许多单元选择的准则是一样的。
A1.14
ABAQUS/analysis_单元选择标准
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。