ABAQUS网格划分技术详解

如何使用3D实体单元?

1  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,CRE8R,CPS8R.C3D20R等)。

2 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)。它们可在较低费用下对应力梯度提供最好的  解决。 尽量不要使用线性减缩积分单元。用细化的二次减缩积分单元与二次完全积分单元求解结果相差不大,且前者时间短。

3   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)。

4  对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调单元(CAX4I,CPE4I,CPS4II,C3D8I等)的细网格划分。

5   对以弯曲为主的问题,如能保证所关心部位单元扭曲较小,使用非协调单元(如C3D8I),求解很精确。

6   对于弹塑性分析,不可压缩材料(如金属),不能使用二次完全积分单元,否则易体积自锁,应使用修正的二次三角形或四面体单元、非协调单元,以及线性减缩积分单元。若使用二次减缩积分单元,当应变超过20%-40%要划分足够密的网格。

7   除平面应力问题之外,如材料完全不可压缩(如橡胶),应使用杂交单元;



在某些情况下,近似不可压缩材料也应使用杂交单元。

8   当几何形状复杂时,万不得已采用楔形和四面体单元。这些单元的线性形式,如C3D6和C3D4,是较差的单元(若需要时,划分较细的网格以使结果达到合理的精度),这些单元也应远离需要精确求解的区域。

9   如使用了自由网格划分技术,四面体单元应选二次的,其结果对小位移问题应该是合理的,但花时间多。 在ABAQUS/Standard中选C3D10,ABAQUS/Explicit中选修正的(C3D10M)。如有大的塑性变形,或模型中存在接触,且使用默认的“硬”接触关系,也应选C3D10M。

10   ABAQUS/Explicit模拟冲击或爆炸,应选线性单元。




网格类型说明

二次缩减积分:应力/位移的最佳选择(除了大位移(大应变)和接触)

  • 粗网格沙漏也不严重
  • 复杂应力下,自锁也不敏感
  • 节点应力精度低与二次完全积分。
  • 弹塑性问题,当应变超过20%-40%要划分足够密的网格。

二次完全积分(为保证应力梯度):应力集中,应力计算结果精确,

  • 不用于接触分析
  • 弹塑性分析中对不可压缩材料易产生体积自锁。
  • 单元发生扭曲或弯曲应力有梯度时,可能出现某种程度的自锁

线性缩减积分(细网格以克服沙漏):

  • 求解位移较精确
  • 网格扭曲变形时,求解精度影响不大
  • 弯曲分析不容易剪切自锁
  • 可用于接触分析
  • 应力集中处的节点应力不精确

           

线性完全积分:(因剪切闭锁)在小位移时方可用

  • 用于局部应力集中
  • 不用于弯曲(会剪切自锁)


非协调单元(网格应细分):

  • 弯曲问题中,厚度方向很少的单元也能保证精度,速度快
  • 单元扭曲不能大
  • 克服了剪切自锁问题
  • 若单元扭曲小,求解位移、应力精确

             

             

楔形、四面体单元(效果差):

  • 不得已,才在不重要区域用
  • 线性单元精度很差
  • 二次单元精度较高,速度慢,能模拟任意形状
  • 二次四面体单元适用于小位移无接触问题,速度慢。
  • 在ABAQUS/Standard中选C3D10,
  • ABAQUS/Explicit中选。
  • 如有大的塑性变形,或接触,也应选修正的二次四面体单元

杂交单元:用于不可压缩或近似不可压缩材料


三维实体:

线性缩减积分:

沙漏:线性缩减积分单元模拟弯曲,积分点所有应力分量为零,变形能为零,单元没有刚度。粗网格情况下,这种零能量模式扩展,使结果无意义。

线性缩减积分单元模拟弯曲,在厚度方向至少采用四个单元。---为防止沙漏。

剪切闭锁:弯曲时,线性完全积分单元的边不能弯曲。ABAQUS网格划分的图2


壳单元类型选择

A   对于薄壳问题,常规壳单元的性能优于连续体壳单元;对于接触问题,连续体壳单元的计算结果更加精确,因为它能在双面接触问题中考虑厚度的变化。

1   当要求解十分精确时,可使用线性、有限薄膜应变、完全积分的四边形壳单元(S4),这个壳单元十分适合于要考虑膜作用或有弯曲模式沙漏的问题,也适合于有变形弯曲的问题。

2   线性、有限薄膜应变、缩减积分、四边形壳单元(S4R)性能稳定,适合范围很广。

3   线性、有限薄膜应变、三角形壳单元(S3/S3R)可作为一般的壳单元来应用。


因为在单元内部是常应变近似场,求解弯曲变形喝高应变梯度问题时需精细的网格。

4   考虑到在复合材料层合壳模型中剪切肉度的影响,可采用厚壳单元(S4、S4R、S3/S3R、S8R)来模拟它,此时需检验平面假定是否满足。

5    四边形或三角形的二次壳单元,对一般的小变形薄壳来说很有效,它们对剪力锁闭和薄膜锁闭不敏感。

6    如果在接触分析中一定要用二阶单元,不要选用二阶三角形壳单元(STRI65),而要采用9节点的四边形壳单元(S9R5)。

7     对于几何线性的,但规模规模又非常大的模型,线性薄壳单元(S4R5)通常将比一般壳单元效率更高。

8     在ABAQUS/Explicit中,如果包含任意大转动喝小薄膜应变,应先用小薄膜应变单元。

梁单元类型选择

1    在任何包含接触的问题中,应使用B21或B31单元(线性剪切变形梁单元)

2    如果横向剪切变形很重要,则应采用B22和B32单元(二次Timoshenko梁单元)

3    在ABAQUS/Standard的几何非线性模拟中,如果结构非常刚硬或非常柔软,应使用杂交单元,例如B21H喝B32H单元。

4    如果在ABAQUS/Standard中模拟具有开口薄壁横截面的结构,应使用基于横截面翘曲理论的梁单元,例如B31OS、B32OS

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