ABAQUS單元知識大派送(二)

2016-10-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

3.實(shí)體單元(C)

ABAQUS單元知識大派送(二)abaqus有限元分析案例圖片1

實(shí)體單元可在其任何表面與其他單元連接起來。

C3D:三維單元
CAX:無扭曲軸對稱單元,模擬3600的環(huán),用于分析受軸對稱載荷作用,具有軸對稱幾何形狀的結(jié)構(gòu);
CPE:平面應(yīng)變單元,假定離面應(yīng)變ε33為零,用力模擬厚結(jié)構(gòu);
CPS:平面應(yīng)力單元,假定離面應(yīng)力σ33為零,用力模擬薄結(jié)構(gòu);
廣義平面應(yīng)變單元包括附加的推廣:離面應(yīng)變可以隨著模型平面內(nèi)的位置線性變化。這種數(shù)學(xué)描述特別適合于厚截面的熱應(yīng)力分析。
可以扭曲的軸對稱單元:用來模擬初始時為軸對稱的幾何形狀,且能沿對稱軸發(fā)生扭曲。這些單元對于模擬圓柱形結(jié)構(gòu),例如軸對稱橡膠套管的扭轉(zhuǎn)很有用。
反對稱單元的軸對稱單元:用來模擬初始為軸對稱幾何形狀的反對稱變形。適合于模擬像承受剪切載荷作用的軸對稱橡膠支座一類的問題。

如果不需要模擬非常大的應(yīng)變或進(jìn)行一個復(fù)雜的,改變接觸條件的問題,則應(yīng)采用二次減縮積分單元(CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R)

如果存在應(yīng)力集中,則應(yīng)在局部采用二次完全積分單元(CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等)。

對含有非常大的網(wǎng)格扭曲模擬(大應(yīng)變分析),采用細(xì)網(wǎng)格劃分的線性減縮積分單元(CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等)

對接觸問題采用線性減縮積分單元或非協(xié)調(diào)元(CAX4I,CPE4I,CPS4I,

C3D8I)的細(xì)網(wǎng)格劃分。

如果在模型中采用非協(xié)調(diào)元應(yīng)使網(wǎng)格扭曲減至最小。

三維情況應(yīng)盡可能采用塊狀單元(六面體)。當(dāng)幾何形狀復(fù)雜時,完全采用塊體單元構(gòu)造網(wǎng)格會很困難,因此可能有必要采用稧形和四面體單元,但盡量少用,并遠(yuǎn)離需要精確求解的區(qū)域。

一些前處理程序包括網(wǎng)格劃分方法,它們可用四面體單元構(gòu)造任意形狀的網(wǎng)格。只要采用二次四面體單元(C3D10),其結(jié)果對小位移問題應(yīng)該是合理的。

小結(jié):

在實(shí)體單元中所用的數(shù)學(xué)公式和積分階數(shù)對分析的精度和花費(fèi)有顯著的影響;
使用完全積分單元,尤其是一階(線性)單元,容易形成自鎖現(xiàn)象,正常情況不用;
一階減縮積分單元容易出現(xiàn)沙漏現(xiàn)象;
充分的單元細(xì)化可減小這種問題;
在分析中如有彎曲位移,且采用一階減縮積分單元時,應(yīng)在厚度方向至少用4個單元;
沙漏現(xiàn)象在二階減縮積分單元中較少見,一般問題應(yīng)考慮應(yīng)用這些單元;
非協(xié)調(diào)單元的精度依賴于單元扭曲的量值;
結(jié)果的數(shù)值精度依賴于所用的網(wǎng)格,應(yīng)進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化研究以確保該網(wǎng)格對問題提供了唯一的解答。但是應(yīng)記住使用一個收斂網(wǎng)格不能保證計(jì)算結(jié)果與問題的實(shí)際行為相匹配:它還依賴于模型其他方面的近似化和理想化程度;
通常只在想要得到精確結(jié)果的區(qū)域細(xì)劃網(wǎng)格;
ABAQUS具有一些先進(jìn)特點(diǎn)如子模型,它可以幫助對復(fù)雜模擬得到有用的結(jié)果。

4.梁單元(B)

梁單元:模擬一維尺寸(長度)遠(yuǎn)大于另外二維尺寸的構(gòu)件,且只有長度方向上的應(yīng)力比較顯著。

對于包含接觸的任何模擬,應(yīng)使用一階、剪切變形的梁單元(B21,B31)

如果結(jié)構(gòu)剛度非常大或者非常柔軟,在幾何非線性模擬中應(yīng)當(dāng)使用雜交梁單元(B21H,B32H,等)

使用歐拉-伯努利(三次)梁單元(B23,B33)精度很高,可模擬承受分布載荷作用的梁,例如動態(tài)振動分析。如果橫向剪切變形也很重要,要使用鐵摩辛柯(二次型)梁單元(B22,B32)

模擬有開口薄壁橫截面的結(jié)構(gòu),應(yīng)當(dāng)使用考慮了開口截面翹曲理論的梁單元(B31OS,B32OS)

小結(jié):

梁單元的性質(zhì)由截面(*BEAMSECTION或*BEAM GENERAL SECTION)的數(shù)值積分決定,或直接給出截面積、慣性矩和扭轉(zhuǎn)常數(shù)(*BEAM GENERAL SECTION);
當(dāng)使用*BEAM GENERALSECTION選項(xiàng)時,模擬開始時進(jìn)行一次數(shù)值積分,并且假定材料是彈性的;
ABAQUS包括大量的標(biāo)準(zhǔn)橫截面形狀。其它形狀可以通過定義SECTION=ARBITRARY來模擬;
必須定義橫截面取向,方法是通過給出第三個節(jié)點(diǎn),或者在單元性質(zhì)定義中定義一個矢量。截面取向在ABAQUS后處理中可以畫出;
當(dāng)梁作為殼的加強(qiáng)構(gòu)件使用時,梁的橫截面可能偏離節(jié)點(diǎn);
線性和二次型包含剪切變形的影響,三次型梁不考慮剪切柔度。開口截面梁準(zhǔn)確地模擬了扭轉(zhuǎn)和薄壁開口截面翹曲(包括翹曲約束)的影響;
多點(diǎn)約束和約束方程可以用來連接模型中鉸接、剛性連接等節(jié)點(diǎn)的自由度;
“彎矩”型圖使得像梁這樣的一維單元的結(jié)果很清楚地表示出來;