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文檔簡介

1、在ABAQUS中,基于應力/位移的實體單元類型最為豐富:(1)在ABAQUS/Sandard中,實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),以及非協調模式單元和雜交單元。(2)ABAQUS/Explicit中,實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體單元。按照節點位移插值的階數,ABAQUS里的實體單元可以分為以下三類:線性單元(即一階單元):僅在單元的角點處布置節點,在各個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點,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點,并采用修正的二次插值。1、線性完全積分單元:當單元具有規則形狀時,所用的高斯積分點的數目足以對單元剛度矩陣中的多項式進行精確積分。缺點:承受彎曲載荷時,會出現剪切自鎖,造成單元過于剛硬,即使劃分很細的網格,計算精度仍然很差。2、二次完全積分單元:優點:(1)應力計算結果很精確,適合模擬應力集中問題;(2)般情況下,沒有剪切自鎖問題(shearlocking)。但使用這種單元時要注意:(1)不能用于接觸分析;(2)對于彈塑性分析,如果材料不可壓縮(例如金屬材料),則容易產生體積自

3、鎖(volumetriclocking);3)當單元發生扭曲或彎曲應力有梯度時,有可能出現某種程度的自鎖。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方向少用一個積分點;線性縮減積分單元:只在單元的中心有一個積分點,由于存在沙漏數值問題(hourglass)而過于柔軟。采用線性縮減積分單元模擬承受彎曲載荷的結構時,沿厚度方向上至少應劃分四個單元。優點:(1) 對位移的求解計算結果較精確;(2) 網格存在扭曲變形時(例如Quad單元的角度遠遠大于或小于90),分析精度不會受到明顯的影響;(3) 在彎曲載荷下不易發生剪切自鎖。缺點:(1)需要較細網格克服沙漏問題;(2) 如果希望

4、以應力集中部位的節點應力作為分析目標,則不能選用此單元。因為線性縮減積分單元只在單元的中心有一個積分點,相當于常應力單元,在積分點上的應力結果實相對精確的,而在經過外插值和平均后得到的節點應力則不精確。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點,還具有如下特點:(1) 即使不劃分很細的網格也不會出現嚴重的沙漏問題;(2) 即使在復雜應力狀態下,對自鎖問題也不敏感。使用這種單元要注意:(1) 不能用于接觸分析;(2) 不能用于大應變問題;(3) 存在與線性減縮積分單元類似的問題,由于積分點少,得到的節點應力的精度往往低于二次完全積分單元。5、非協調模式單元(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題。ABAQUS中的非協調模式單元和MSC.NASTRAN中的4節點四邊形單元或8節點六面體單元很相似,所以在比較著兩種有限元軟件的計算結果時會發現,如果在ABAQUS中選擇了非協調模式單元,得到的分析結果會和MSC.NASTRAN的結果一致。優點:(1)克服了剪切自鎖問題,在單元扭曲比較小的情況下,得到的位移和應力結果很精確;(2)在彎曲問題中,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的結果,而計算成本卻明顯降低;(3)使用了增強變形梯度的非協調模式,單元交界處不會重疊或開洞,因此很容易擴展到非線

6、性、有限應變的位移。但使用這種單元時要注意:如果所關心部位的單元扭曲比較大,尤其是出現交錯扭曲時,分析精度會降低。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,不要在模型中所關心的部位及其附近區域使用;(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,但計算代價比Quad或Hex單元大。(3)二次Tet單元(C3D10)適于ABAQUS/Standard中的小位移無接觸問題;修正的二次Tet單元(C3D10M)適于ABAQUS/Explicit和ABAQUS/Standard中的大變形和

7、接觸問題;(4)使用自有網格不易通過布置種子來控制實體內部的單元大小。7、雜交單元在ABAQUS/Standard中,每一種實體單元都有其對應的雜交單元,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)。除了平面應力問題之外,不能用普通單元來模擬不可壓縮材料的響應,因為此時單元中的應力士不確定的。ABAQUS/Explicit中沒有雜交單元。混合使用不同類型的單元:1、當三維實體幾何形狀復雜時,無法再整個實體上使用structure結構化網格或sweep掃略網格劃分技術得到Hex單元網格,一種常用的做法是:(1) 對實體不重要的部分使用Free自由網格劃分技術,生成Tet單元網格,而對于所關心的部分采用結構化網格或掃略網格劃分技術,生成Hex單元網格。(2) 在生成這樣的網格時,ABAQUS會給出提示信息,提示將生成非協調的網格,在不同單元類型的交界處將自動創建Tie綁定約束。2、需要注意的是,在不同單元類型網格的交界處,即使單元

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