Abaqus血管支架仿真单元选择策略

依计划，根据心情依次推送支架的建模基础、几何和网格划分、单元选择、材料和截面属性、分析步设置、载荷接触和约束、收敛调整，以及后处理、参数优化等内容。

1. 单元介绍

对不同建模的几何和结构，Abaqus单元库灵活地提供了各种单元。本文集中介绍支架分析中所常用的单元类型。出于支架单元的选择和网格细化，单元类型需要能够匹配正确的弯曲性能，以及能够捕捉表面的最大应力(或应变)。

2. 实体单元

3D实体单元通常用于支架的分析中。六面体单元通常用于支架模型，支架模型的弯曲属性尤为重要，同时，一些问题需要考虑，特别是剪切自锁和沙漏。

1）二阶实体单元（C3D20）

为保证弯曲精确度，通常采用二阶实体单元，其轴向应变等于最初水平线长度的变化、厚向应变为零、剪切应变为零，然而，二阶实体单元求解时间较长，很少用于支架部件。

2）一阶全积分实体单元（C3D8）

检测积分点处的剪切应变没有意义，且能量被用于剪切单元而非弯曲，导致过刚度，被称为“剪切自锁”。这类单元不能用于支架部件。

3）一阶缩减积分单元（C3D8R

能够消除剪切锁定，然而，沙漏是个值得关注的问题；质心处只有一个积分点，弯曲时，检测不出厚度方向的单个单元应变；变形是一种零能量模式，虽变形但无应变，被称为“沙漏”。

沙漏很容易经过一阶缩减积分单元的网格传播，导致不可靠结果。

如果使用多个单元——至少厚向四个——沙漏则不是问题：每个单元要么捕捉轴向压缩应变要么捕捉轴向拉伸应变，但不能同时捕捉、轴向应变的能够准确测量、且厚向和剪切应变为零；厚向多层网格是一种高效且有效的单元类型，这也是为什么连接器的弹片被要求划分4层，或>4的偶数层。

如何侦测和控制沙漏？

沙漏通常通过能够通过变形显示，例如: 中心点载荷简支梁的粗网格和中网格。Abaqus内置沙漏控制，能够限制沙漏所引发的问题。

通过控制沙漏的伪应变能相对于内能比作以判定(<1%)。使用Abaqus/Viewer中的X-Y绘图功能，以图形方式比较能量。

4）非协调单元(C3D8I)

也许对弯曲为主的问题，是最具成本效益的实体连续单元，其对一阶和二阶缩减积分单元作以折中考虑，具有一阶和二阶的许多优点。此单元类型将在视频中详加说明。

实体单元总结：针对支架，推荐的单元类型为a) 非协调性单元（C3D8I），能够使支架的建模最大成本效应，但须注意尽量减小初始单元形状的失真;b)含有覆盖薄膜单元（M3D4R）的一阶缩减积分单元，其具备较低的计算成本，但需要控制沙漏。

3. 梁单元

梁单元的主要优势有：几何简单、自由度少，梁变形完全可以仅以轴方向的位置函数变量评估。

采用梁单元要求横截面尺寸小于典型轴向尺寸的1/10，对于线型支架，两丝交叉间的距离表征为典型轴向尺寸。梁单元有两类类型：B33和B31，具体适用情况，将在视频中详细说明。

4. 面和薄膜单元

面和膜单元用于创建扩张和收缩工具的表面。如用于定义接触面，面和膜单元可以互换。

薄膜单元（M3D4R）仅传递面内力(无力矩)，无弯曲刚度；面单元(SFM3D4R)除了与薄膜单元一致的特性外，同时没有内刚度、没有厚度，但可以有单位质量。

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