Abaqus进阶：Tie与Shell-To-Solid耦合机制大不同

众所周知，Abaqus具有种类丰富的单元类型，当我们对非常薄的结构（例如压力容器的壁）进行建模时，使用壳单元而不是实体是有益的。我们不必担心单元数量太多。但是，当我们遇到需要实体单元与薄壁部分连接时会发生什么呢？ 实体单元与壳单元一起使用，我们如何将它们结合在一起？请仔细阅读，找出答案！

实体单元与壳单元连接的方案

实体单元与壳单元的连接通常有两种方式，一种是tie约束，一种是壳到实体耦合。那它们又有什么区别呢？

绑定约束在 FEA 软件中相当普遍，尽管它们通常被赋予其他名称 - 例如“胶水”。这些用于在结构模型中的节点之间建立平移和旋转键（分析不同物理场时的其他自由度），节点在表面彼此非常接近的地方被连接在一起。

另一方面，壳到实体的耦合考虑了壳的厚度，即使它沿其边缘连接到实体。Abaqus 不是简单地将局部节点捆绑在一起，而是组装约束，将每个壳节点的位移和旋转与壳节点附近固体表面的平均位移和旋转耦合。这是一个重要的区别，我们将在下面的示例问题中了解原因。

壳到实体耦合通过强制在壳边缘和相对实体表面之间自动创建一组内部分布耦合来工作。实际上，每个壳节点都有自己的分布耦合，附近的实体节点充当耦合节点。这允许作用在壳节点上的力和力矩的分布以自平衡的方式转换为相关耦合表面节点集上的力（实体单元节点中没有旋转自由度）。

该如何选用呢？

如下图左侧所示，在绑定约束中中，应力的连续性非常差。那是因为绑定约束是将最接近的节点的平移绑定。同时，3D 单元中连接范围之外的节点可以随意移动， 这会导致实体单元的连接节点看到应力集中。在右侧，由于其分布特性，壳-实体耦合在壳和实体单元之间产生了非常好的应力和挠度连续性。

总结：

1、当您试图保持板或薄壁结构的厚度连续性时，适合使用壳-实体耦合；

2、当您出于任何其他原因将壳连接到实体时，绑定连接是合适的。

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