Abaqus中實體單元的應用

2017-01-20 by:CAE仿真在線來源:互聯網

ABAQUS中存在著豐富的單元類型,應用廣泛,下面主要介紹一下ABAUQS實體單元以及其應用。

ABAQUS實體單元大體可分為完全積分、減縮積分、非協調以及雜交這四種常見的單元模式。按階次可分為一階(線性)單元和二階單元。

(1)完全積分單元:單元具有規則形狀(邊是直線并且邊與邊相交成直角)時, 所用的Gauss積分點的數目足以對單元剛度矩陣中的多項式進行精確積分。

完全積分的線性單元在每一個方向上采用2個積分點;

完全積分的二次單元在每一個方向上采用3個積分點。如圖

不足:完全積分的線性單元存在“剪切自鎖”問題,原因是線性單元的邊不能彎曲。在復雜應力狀態下,完全積分的二次單元也有可能發生剪切自鎖。

(2)減縮積分單元:減縮積分單元比完全積分單元在每個方向上少用一個積分點。

完全積分的線性單元只在單元的中心有一個積分點

不足:線性減縮積分單元存在“沙漏模式”的數值問題,有可能過于柔軟。

ABAQUS通過繪制偽應變能(ALLAE)和內能(ALLIE)來評價沙漏模式對計算結果的影響。

(3)非協調單元:

優點:可以克服完全積分,一階單元中的剪力自鎖問題。

特點:在一階單元中引入一個增強單元變形梯度的附加自由度。這種對變形梯度的增強允許一階單元在單元域上對于變形梯度有一個線性變化。

不足:對單元的扭曲很敏感,在使用時必須小心以確保單元扭曲是非常小的。

(4)雜交單元:

應用:當材料行為是不可壓縮(泊松比=0.5)或非常接近于不可壓縮(泊松比>0.475)時,如橡膠材料,采用雜交單元。

特點:對于具有不可壓縮材料性質的任何單元,一個純位移的數學公式是不適宜的,壓應力不能由節點位移計算。雜交單元包含一個可以直接確定單元壓應力的附加自由度,節點的位移場則主要用來計算偏應變和偏應力。

基于ABAQUS中如此豐富詳細的實體單元劃分,在使用時應尤其注意。

對于三維問題應盡量地采用六面體單元(磚型)。它們會以最低的成本給出最好的結果。當幾何形狀復雜時,可采用四面體單元和楔形單元。這些單元C3D4和C3D6的一階模式是較差的單元(需要細化網格以取得較好的精度)。

某些前處理包含了自由劃分網格算法,用四面體單元劃分任意幾何體的網格。對于小位移無接觸的問題,在ABAQUS/Standard中的二次四面體單元(C3D10)能夠給出合理的結果。這個單元的另一種模式是修正的二次四面體單元(C3D10M),它適用于ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit,對于大變形和接觸問題,這種單元是強健的,展示了很小的剪切和體積自鎖。但是,無論采用何種四面體單元,所用的分析時間都長于采用等效網格的六面體單元。

下面給出了ABAQUS/Standard中應用實體單元的一些建議:

首先,除非需要模擬非常大的應變或者模擬一個復雜的、接觸條件下不斷變化的問題,對于一般的分析工作,應采用二次、減縮積分單元(CAX8R,C3D20R等)。

其次,在存在應力集中的局部區域,采用二次、完全積分單元(CAX8,C3D20等)。它們以最低的成本提供了應力梯度的最好解答。

然后,對于接觸問題,應采用細化網格的線性、減縮積分單元或者非協調單元(CAX4I,C3D8I等)。

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