Abaqus中单元类型的选择指南

如果想要以合理的费用得到高精度的结果，那么正确的选择单元是非常关键的。对于ABAQUS经验丰富的使用者，毫无疑问都会自己的单元选择指南来处理各种具体的应用。但是，在刚开始使用ABAQUS时，下面的指导是非常有用的。

1、 实体单元选择

以下单元选择的建议适用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit：

1） 尽可能的减小网格的扭曲。使用扭曲的线性单元的粗糙网格会得到相当差的结果。

2） 对于模拟网格扭曲过分严重的问题，应用网格细划的线性、减缩积分单元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R等）。

3） 对三维问题应尽可能地采用六面体单元。它们以最低的成本给出最好的结果。当几何形状复杂时，采用六面体单元划分网格可能是非常困难的，因此，还需要楔形和四面体单元。这些单元（C3D4和C3D6）的一阶模式是较差的单元（需要细划网格以取得较好的精确度）。

4） 某些前处理器包含了自由划分网格算法，用四面体单元划分任意几何体的网格。对于小位移无接触的问题，在ABAQUS/Standard中的二次四面体单元（C3D10）能够给出合理的结果。这个单元的另一种模式是修正的二次四面体单元（C3D10M），它适用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，对于大变形和接触问题，这种单元是强健的，展示了很小的剪切和体积自锁。但是，无论采用何种四面体单元，所用的分析时间都长于采用了等效网格的六面体单元。

5） 对于ABAQUS/Standard求解器，除非需要模拟非常大的应变或者模拟一个复杂的、接触条件不断变化的问题，对于一般的分析工作，应采用二次、减缩积分单元（CAX8R，CPE8R，CPS8R, C3D20R等）。

6） 对于ABAQUS/Standard求解器，在存在应力集中的局部区域，采用二次、完全积分单元（CAX8, CPE8, CPS8, C3D20等）。它们以最低的成本提供了应力梯度的最好解答。

7） 对于ABAQUS/Standard求解器，采用细划网格的线性、减缩积分单元或者非协调模式单元（CAX4I, CPE4I, CPS4I, C3D8I）。

2、壳单元的选择

1）对于需要考虑薄膜作用或含有弯曲模式沙漏的问题以及平面弯曲的问题，当希望得到更精确的解答时，可使用ABAQUS/Standard中的线性、有限薄膜应变、完全积分的四边形壳单元（S4）。

2）线性、有限薄膜应变、减缩积分、四边形壳单元（S4R）是强健的，而且应用很广。

3）线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3/S3R）可作为通用目的的壳单元使用。因为在单元中是常应变的近似场，所以求解弯曲变形或者高应变梯度时可能需要精细的网格划分。

4）在复合材料层合壳模型中，考虑到剪切变形的影响，采用适合于模拟厚壳问题的单元（S4, S4R, S3/S3R, S8R），并检验是否满足平截面保持平面的假定。

5）四边形或三角形的二次壳单元用于一般的小应变薄壳是很有效的，这些单元对于剪力自锁或薄膜自锁都不敏感。

6）对于规模非常大但公经历几何线性行为的模型，使用线性、薄壳单元（S4R5）通常比通用目的的壳单元更节约计算成本。

7）对于包含任意的大转动和小薄膜应变的显式动态问题，小薄膜应变单元很有效。

3、梁单元的选择

1）在任何包含接触的模拟中，应该使用一阶剪切变形梁单元（B21, B31）。

2）如果横向剪切变形是非常重要的，则采用Timoshenko二阶梁单元（B22, B32）。

3）如果结构非常刚硬或者非常柔软，在几何非线性模拟中，则应当使用ABAQUS/Standard中的杂交梁单元（B21H, B32H等）。

4）在ABAQUS/Standard中的（Euler-Bernoulli）三次梁单元（B23，B33）模拟承受分布载荷作用的梁有很高的精度，例如动态振动分析。

5）在ABAQUS/Standard中，模拟开口薄壁横截面的结构应该采用那些应用了开口横截面翘曲理论的梁单元（B31OS, B32OS）。

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