Abaqus单元使用经验

ABAQUS拥有433种单元，分类：连续体单元（continuumelement，即实体单元solidelement）、壳单元、薄膜单元、梁单元、杆单元、刚体单元、连接单元和无限元。

（1）线性单元（即一阶单元）；二次单元（即二阶单元）；修正的二次单元（只有Tri或Tet才有此类型）。

（2）ABAQUS/Explicit中没有二次完全积分的连续体单元。

（3）线性完全积分单元的缺点：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。

（4）二次完全积分单元的优点：

（A）应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；（B）一般情况下，没有剪切自锁问题。但使用这种单元时要注意：

（A）不能用于接触分析；

（B）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；

（C）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。

（5）线性减缩积分单元在单元中心只有一个积分点，存在沙漏数值问题而过于柔软。采用这种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：

（A）位移计算结果较精确；

（B）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；

（C）在弯曲载荷下不易发生剪切自锁。缺点：

（A）需要较细网格克服沙漏问题；

（B）如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析目标，则不能选用此单元。

（6）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：

（A）即使不划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题；（B）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：

（A）不能用于接触分析；（B）不能用于大应变问题；

（C）存在与线性减缩积分单元类似的问题，即节点应力的精度往往低于二次完全积分单元。

（7）非协调模式单元可克服线性完全积分单元中的剪切自锁问题，仅在ABAQUS/Standard有。优点：

（A）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；

（B）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；

（C）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，因此很容易扩展到非线性、有限应变得位移。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。

（8）使用Tri或Tet单元要注意：

（A）线性Tri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；

（B）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，因此如果能用Quad或Hex单元，就尽量不要使用Tri或Tet单元；

（C）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/Standard中的大变形和接触问题；

（D）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。

（9）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ABAQUS/Explicit中没有杂交单元。的响应，因为此时单元中的应力士不确定的。