[P]ABAQUS减缩积分与完全积分认识整理【精品推荐】

1、畅想网络Inirsgin ci Lid-nABAQU即缩积分与完全积分认识C3D8R ）,即，使用一引言模型不易收敛时可以尝试取消勾选减缩积分选项（对应三维单元完全积分单元（C3D8）, 一定程度上可以提高计算收敛性（来自叶新宇），如图12所示。Models Hoiel-L Elcmcnit TypeGnEric Ord”Kodule|feghElsnem LibratyJl id iC 1 Li：pi 1.11.图1减缩积分单元C3D8P （其中P为渗流计算孔压单元）WDCkllcKE珈也L JSodkl-ly Object1 0 A与；sfblyPad 土iwbiQtH版 Elcracnt

2、 TypeEle-nmt Libraiy® Standard Q Ekplicitfteo®st tic Order Linear Q>QuadraticF anti 丁 3b Stress4Argust icCnhexiwe ContihLmii ShellvHe I 姐dg自 Trt |即br*d foeiiultio. t Reduc&d_ititjtiatiElecnt ControlsEdur£l stiffnesssHour$1 右方s* can't rollStalinfi faictors!; 1 upl-acraent ti

3、ourclaiSJZ 1C3DSP; M S-nodt bricK trilir4artirilimm poTt pr型早挈图2完全积分单元C3D8P （其中P为渗流计算孔压单元）以下整理了论坛和书籍上关于减缩积分及完全积分单元的相关阐述，以供大家学习交流。（第三部分较为详细，且来自书籍 abaqus 有限元分析常见问题解答较具权威性）二减缩积分（来自网络）减缩积分即选取高斯积分点的数目少于精确积分要求的积分点数。当在计算中必须进行数值积分时，如何选择数值积分的阶次将直接影响计算的精度和计算的工作量。如果选择不当，甚至会导致计算的失败。高斯积分阶数等于被积函数所有项畅想网络irn-iginat

4、ie<i H/rvor<次精确积分所需要阶数的积分方案，称之为精确积分或完全积分。但是在很多情况下，实际选取的高斯积分点数低于精确积分的要求。高斯积分阶数低于被积函数所有项次精确积分所需要阶数的积分方案称之为减缩积分。目前的有限无方法主要是采用等参单元以及非协调元，由于子单元非常复柒,通常情况下导致Jacobi 及其行列式;计算比较复杂，此时，般都不能进行显示积分计算（刚度矩阵K的计算中含有Jacobi 行列式），而需要借助F数值积分方法。数值积分方法主要是采用高斯数值积分，不同的单元形式其枳分点数是不同的，高斯积分的 阶次与插位函数的最高方次项有关,高斯枳分阶数与被积函数所有项次

5、精确枳分所需要阶数相同的 积分方案称为完全积分，而低于被积函数所有顼次精确积分所需要阶数的积分方案时，称之为减缩 积分。.二5那么为何要采用诚缩积分呢？原因有如凭L点；1,减缩积分一般比全积分要好的多，减少了计算忖间提高了计算效率（积分点少计算少，而且计 算精确也有所提高卫2采用伽辽金法计算的偏微分方程，是基于最小位能原理建立起来的位移有限元，它的解答具有下 限性项（可以这么理解啊：离散的网格上重新TT了妁束，提高了单元的刚度，从而使得位移结果偏小）.而采用减缩积分，能够降低计算模型的刚度，提高了解答的精确性, /一内岬% f1ny-但是减缩积分也有其映点的,采用减缩积分时，对边界条件的要求很

6、高，由于其可能导致零 能模式（即给予模型一个位移的话，其产生的应变能应该是大于零的，自心大于零，但是使 用减缩积分时会导致应变能w=0的错误解答）.从而使得解答失真，所以采用此方法时必须要注 意刚度矩阵K的非奇异性条件能否得到保证.在接触问题中（边界条件的不确定性）,是不宜采用 减缩枳分的.三 单元类型背景知识（来自书籍）（说明：以下内容基本同于abaqus有限元分析常见问题解答9.1节）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 （abaqus 中只有四边形和六

7、面体单元才允许使用减缩积分 单元），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

8、，并采用修正 的二次插值。*畅想网络IrnrsginaHe,11 Hl3 flM0y1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);(

9、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。采用线性缩减积分单元模拟承受弯曲载荷的结构时，沿厚度方向上至少应划分四个单元。优点：(1)对位移的求解计算结果较精确；(2)网格存在扭曲变形时(例如 Quad 单元的角度远远大于或小于90o),分析精度不会受到明显的影响；(3)在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点(1)需要较细网格克服沙漏问题；(2)如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标，则不能

10、选用此单元。因为线性缩减积分单元只在单元的中心有一个积分点，相当于常应力单元，在积分 点上的应力结果实相对精确的，而在经过外插值和平均后得到的节点应力则不精确。4二次减缩积分单元不但保持线性减缩积分单元的上述优点，还具有如下特点：(1)即使不划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题；畅想网络Irnrsginntii(2)即使在复杂应力状态下，对自锁问题也不敏感。使用这种单元要注意：(1)不能用于接触分析；(2)不能用于大应变问题；(3)存在与线性减缩积分单元类似的问题，由于积分点少，得到的节点应力的精度往 往低于二次完全积分单元。5非协调模式单元仅在ABAQUS/Standard 有，可克服线性

11、完全积分单元中的剪切自锁问题。ABAQUS 中的非协调模式单元(imcompatible modes )和 MSC.NASTRAN 中的 4 节点四边形单元或 8节点六面体单元很相似，所以在比较着两种有限元软件的计算结果时 会发现，如果在ABAQUS中选择了非协调模式单元，得到的分析结果会和 MSC.NASTRAN的结果一致。优点：(1)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；(2)在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少的单元，就可以得到与二次单元相当的结 果，而计算成本却明显降低；(3)使用了增强变形梯度的非协调模式，单元交界处不会重叠或开洞，因此很容易扩 展

12、到非线性、有限应变的位移。但使用这种单元时要 注意：如果所关心部位的单元扭曲比较大，尤其是出现交错扭曲时，分析精度会降低。6使用Tri或Tet单元注意事项如果能用Quad 或Hex单元，就尽量不要使用Tri或Tet单元；(1)线，fTri或Tet单元的精度很差，不要在模型中所关心的部位及其附近区域使用；(2)二次Tri或Tet单元的精度较高，而且能模拟任意的几何形状，但计算代价比 Quad 或Hex单元大。(3)二次Tet单元(C3D10)适于ABAQUS/Standard中的小位移无接触问题；修正的二次 Tet 单元(C3D10M)适于 ABAQUS/Explicit 和 ABAQUS/St

13、andard 中 的大变形和接触问题；(4)使用自有网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大小。畅想网络InTiginciti&Ti HwworY7杂交单元在ABAQUS/Standard 中，每一种实体单元都有其对应的杂交单元，用于不可压缩材料(泊松比为0.5,如橡胶)或近似不可压缩材料 (泊松比大于0.475 )。除了平面应力问题之外，不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应，因为此时单元中的应力士不确定的。ABAQUS/Explicit中没有杂交单元。*混合使用不同类型的单元1、当三维实体几何形状复杂时，无法再整个实体上使用 structure结构化网格或sweep 扫略网格划分技术得到Hex单元网格，一种常用的做法是：(1)对实体不重要的部分使用Free自由网格划分技术，生成 Tet单元网格，而对于所关心的部分采用结构化网格或扫略网格划分技术，生成 Hex单元网