Abaqus中實體單元的應(yīng)用

2017-01-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

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

ABAQUS實體單元大體可分為完全積分、減縮積分、非協(xié)調(diào)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(guī)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(diǎn)的數(shù)目足以對單元剛度矩陣中的多項式進(jìn)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(diǎn);

完全積分的二次單元在每一個方向上采用3個積分點(diǎn)。如圖

Abaqus中實體單元的應(yīng)用abaqus有限元培訓(xùn)資料圖片1

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(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下,完全積分的二次單元也有可能發(fā)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(diǎn)。

完全積分的線性單元只在單元的中心有一個積分點(diǎn)

Abaqus中實體單元的應(yīng)用abaqus有限元培訓(xùn)資料圖片2

不足:線性減縮積分單元存在“沙漏模式”的數(shù)值問題,有可能過于柔軟。

ABAQUS通過繪制偽應(yīng)變能(ALLAE)和內(nèi)能(ALLIE)來評價沙漏模式對計算結(jié)果的影響。

(3)非協(xié)調(diào)單元:

優(yōu)點(diǎn):可以克服完全積分,一階單元中的剪力自鎖問題。

特點(diǎn):在一階單元中引入一個增強(qiáng)單元變形梯度的附加自由度。這種對變形梯度的增強(qiáng)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(yīng)用:當(dāng)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(diǎn):對于具有不可壓縮材料性質(zhì)的任何單元,一個純位移的數(shù)學(xué)公式是不適宜的,壓應(yīng)力不能由節(jié)點(diǎn)位移計算。雜交單元包含一個可以直接確定單元壓應(yīng)力的附加自由度,節(jié)點(diǎn)的位移場則主要用來計算偏應(yīng)變和偏應(yīng)力。

基于ABAQUS中如此豐富詳細(xì)的實體單元劃分,在使用時應(yīng)尤其注意。

對于三維問題應(yīng)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(jié)果。當(dāng)幾何形狀復(fù)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(xì)化網(wǎng)格以取得較好的精度)。

某些前處理包含了自由劃分網(wǎng)格算法,用四面體單元劃分任意幾何體的網(wǎng)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(jié)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(qiáng)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(wǎng)格的六面體單元。

下面給出了ABAQUS/Standard中應(yīng)用實體單元的一些建議:

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

其次,在存在應(yīng)力集中的局部區(qū)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(yīng)力梯度的最好解答。

然后,對于接觸問題,應(yīng)采用細(xì)化網(wǎng)格的線性、減縮積分單元或者非協(xié)調(diào)單元(CAX4I,C3D8I等)。

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