abaqus实体单元和壳单元.doc

1实体单元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33为零，用力模拟厚结构；CPS:平面应力单元，假定离面应力33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。这种数学描述特别适合于厚截面的热应力分析。可以扭曲的轴对称单元：用来模拟初始时为轴对称的几何形状，且能沿对称轴发生扭曲。这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有用。反对称单元的轴对称单元：用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形。适合于模拟像承受剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。如果不需要模拟非常大的应变或进行一个复杂的，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）如果存在应力集中，则应在局部采用二次完全积分单元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。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等）对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调元（CAX4I,CPE4I,CPS4I,C3D8I）的细网格划分。如果在模型中采用非协调元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）。当几何形状复杂时，完全采用块体单元构造网格会很困难，因此可能有必要采用稧形和四面体单元，但尽量少用，并远离需要精确求解的区域。一些前处理程序包括网格划分方法，它们可用四面体单元构造任意形状的网格。只要采用二次四面体单元（C3D10），其结果对小位移问题应该是合理的。小结：在实体单元中所用的数学公式和积分阶数对分析的精度和花费有显著的影响；使用完全积分单元，尤其是一阶（线性）单元，容易形成自锁现象，正常情况不用；一阶减缩积分单元容易出现沙漏现象；充分的单元细化可减小这种问题；在分析中如有弯曲位移，且采用一阶减缩积分单元时，应在厚度方向至少用4个单元；沙漏现象在二阶减缩积分单元中较少见，一般问题应考虑应用这些单元；非协调单元的精度依赖于单元扭曲的量值；结果的数值精度依赖于所用的网格，应进行网格细化研究以确保该网格对问题提供了唯一的解答。但是应记住使用一个收敛网格不能保证计算结果与问题的实际行为相匹配：它还依赖于模型其他方面的近似化和理想化程度；通常只在想要得到精确结果的区域细划网格；ABAQUS具有一些先进特点如子模型，它可以帮助对复杂模拟得到有用的结果。2壳单元可以模拟有一维尺寸（厚度）远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略结构。一般壳单元：S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。对于薄壳和厚壳问题的应用均有效，且考虑了有限薄膜应变；薄壳单元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。强化了基尔霍夫条件，即：垂直于壳中截面的平面保持垂直于中截面；厚壳单元：S8R,S8RT。二阶四边形单元，在小应变和载荷使计算结果沿壳的跨度方向上平缓变化的情况下，比普通单元产生的结果更精确；对于给定的应用，判断是属于薄壳还是厚壳问题，一般：如果单一材料制造的各向同性壳体的厚度和跨度之比在1/201/10之间，认为是厚壳问题；如果比值小于1/30，则认为是薄壳问题；若介于1/301/20之间，则不能明确划分。由于横向剪切柔度在复合材料层合壳结构中作用显著，故比值（厚跨比）将远小于“薄”壳理论中采用的比值。具有高柔韧中间层的复合材料（“三明治”复合材料）有很低的横向剪切刚度并且几乎总是被用来模拟“厚”壳；横向剪切力和剪切应变存在于普通壳单元和厚壳单元中。对于三维单元，提供了可估计的横向剪切应力。计算这些应力时忽略了弯曲和扭转变形的耦合作用，并假定材料性质和弯曲力矩的空间梯度很小；壳单元可以使用每个单元的局部材料方向，各项异型材料的数据，如纤维增强复合材料，以及单元输出变量，如应力和应变，都按局部材料方向而定义。在大位移分析中，壳单元上的局部材料轴随着材料各积分点上的平均运动而转动；线性、有限薄膜应变、四边形壳单元（S4R）是较完备的而且适合于普通范围的应用；线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3R）可作为通用的壳单元来应用。由于在单元内部近似为应变场，精细的网格划分可用于求解弯曲变形和高应变梯度；考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，将采用“厚”壳单元（S4R,S3R,S8R）四边形或三角形的二次壳单元，用于一般的小变形薄壳是很有效的。它们对剪力自锁和薄膜