完整版庄茁书笔记 abaqus精通Word下载.docx

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Linear、quadratic作为geometric（几何阶次）选择

Truss作为单元族选择

刚性体:

对于变形可忽略的部分可作为刚性体，减小模型规模。

单元的表征:

单元名字的第一个字母或者字母串表示该单元属于哪个单元族。

仅在角点处布置节点的单元称为线性单元;

在每条边上有中间节点的单元，称为二次单元。

单元的节点数目存在单元名字中，如C3D8八节点实体单元，S8RA节点一般壳单元，B31一阶三维梁单元，C3D20表示20节点实体单元，C3D10M表示10节点四面体单元，C3D4表示一阶四面体单元。

ABAQUS/Standarc提供了对于线性和二次单元的广泛选择。

除了二次梁单元

B32和修正的四面体和三角形单元外，ABAQUS/Explicit仅提供线性单元

数学描述formulation:

定义单元的数学理论，在不考虑自适应网格的情况下，abaqus中所有的应力/位移单元的行为都是基于拉格朗日或材料描述的，分析中，与单元关联的材料保持与单元关联，并且材料不能从单元中流出和越过单元的边界。

而欧拉或空间spatial描述则要求单元在空间固定，材料在他们之间流动。

单元族除了具有标准的数学公式描述之外，还有可供选择的公式描述，通过在单元名字末尾的附加字母标识。

如实体、梁、桁架单元族包括了采用杂交公式的单元，他们将静水压力或轴力处理为一个附加的未知量C3D8H,B31H以字母C开头和

字母T结尾的单元C3D8T同时具有力学和热学的自由度。

积分：

对于大多数单元，ABAQU运用高斯积分方法来计算每一单元内每一个积分点处的材料响应。

可选择完全积分和减缩积分R。

ABAQUS/Standarc提供了完全

积分和减缩积分单元;

除了修正的四面体和三角形单元外，ABAQUS/Explicit只提供了减缩积分单元三维实体:

应尽可能选择六面体单元C3D20或者二阶修正的四面体单元C3D10M自由度1、2、3有效

二维实体单元：

轴对称单元CAX4模拟环，适合具有轴对称几何形状、轴对称荷载的结构平面应变单元CPE4假定离面应变为0模拟厚结构，平面应力单元CPS4假定离面应力为0模拟薄结构。

只有自由度1、2有效

所有的实体单元必须赋予截面性质，定义了与单元相关的材料和任何附加的几何数据。

对于平面应力和应变单元，需指定单元的厚度。

单元输出变量都是参照整体笛卡尔直角坐标系的。

可为单元定义一个局部坐标系，该局部坐标系能随着单元的运动而转动。

壳单元:

忽略沿厚度方向的应力。

通过定义单元的平面尺寸、表面法向和初始曲率，常规壳单元对参考面进行离散。

三角形壳单元中的S3/S3R和所有的四边形

壳单元（除S4）均采用减缩积分;

S4和其他三角形壳单元采用完全积分。

所有在explicit中的壳单元都是generalpurpose壳单元。

壳单元必须提供壳截面性质，它定义了与单元有关的厚度和材料特性。

若选择在分析过程中计算刚度，通过在壳厚度方向上选定点（sectionpoint）可指定奇数个点选择分析开始时一次性计

算，可以定义横截面性质模拟线性或非线性行为。

ABAQUS以位于每个壳单元表面

上的局部材料方向定义为壳单元的输出变量。

一般性目的的壳单元general—purpose考虑了有限的膜应变和任意大转动，允许壳厚度随着单元的变形而改变仅适合薄壳的单元thin—only假设小应变厚度不变仅适合厚壳thick—only假设小应变厚度不变梁单元:

explicit中未提供三次梁单元。

可以通过指定截面的形状和尺寸定义梁截面（ABAQUS通过在横截面上进行数值积分计算横截面行为，允许材料的性质为线性和非线性），也可以通过输入数值来定义（abaqus以合力和合力矩的方式计算响应，只有在被要求时才会计算应力和应变）。

可以根据需要输出轴向力、弯矩和绕局部梁轴的曲率，参考帮助B21、B31和B22、B32允许发生剪切变形，考虑有限轴向应变，适合模拟细长梁和短粗梁。

三次梁单元允许梁发生大位移和大转动，不考虑剪切弯曲并假设轴向应变较小，只适合模拟细长梁

线性和二次梁单元的派生形式（B310S和B32OS适合模拟薄壁开口截面梁，能正确模拟开口横截面中扭转和翘曲的影响，如工字梁，U型截面

桁架单元:

在二维和三维中有线性和二次桁架，在explicit中没有二次桁架。

输出轴向的应力和应变

质量和转动惯量单元：

质量单元mass有三个平动自由度，截面特性定义了该单元质量大小转动惯量单元rotaryi具有三个转动自由度，定义了该单元的转动惯量，均无输出变量弹簧和减震器单元：

每个节点三个平动自由度，弹簧单元的截面特性定义了弹簧的线性和非线性刚度，减震器单元的截面特性定义了减震器的线性和非线性阻尼。

输出力和相应位移完全积分：

单元具有规则形状时，全部高斯积分点数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。

所谓规则形状是指单元的边是直线并且边与边相交成直角。

完全积分点的线性单元在每个方向上采用两个积分点，如C3D8在单元中采用2*2*2个积分点。

二次单元则有3*3*3个积分点。

完全积分:

二次单元的边可以弯曲，不存在剪力自锁问题。

剪力自锁是单元的位移场不能模拟与弯曲相关的变形引起的。

剪力自锁仅影响受弯曲荷载的完全积分线性单元的行为，在受轴向或剪切荷载时，这些单元的功能表现很好。

在复杂应力状态下，完全积分的二次单元如果发生扭曲或弯曲应力有梯度时，也可能发生自锁。

减缩积分:

只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分;

所有的楔形体、四面体和三角形实体单元只能采用完全积分。

减缩积分单元比完全积分单元在每个方向少用一个积分点。

减缩积分的线性单元只在单元的中心有一个积分点

线性减缩单元能承受扭转变形，二次减缩单元可应用与大多数应力位移模拟，除大应变的大位移模拟和某些类型的接触分析

非协调单元:

用于克服完全积分、一阶单元中的剪力自锁问题。

必须确保单元扭曲是非常小杂交单元:

每一种实体单元都有其相应的杂交单元，包括所有的减缩积分和非协调模式单元。

Explicit中没有杂交单元。

当材料行为是不可压缩（泊松比=0.5）或非常接近不可压缩（泊松比＞0.475），需要采用杂交单元，如橡胶，因为此时单元中的压应力是不确定的。

如果材料不可压缩，此时体积在荷载作用下不能改变，压应力不能由节点位移计算得到实体单元选择建议:

两种求解器均适用

1.尽可能减小网格的扭曲

2.模拟网格扭曲严重的问题，应用网格细化的线性、减缩积分单元

（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R）

3.三维问题尽可能采用六面体单元。

若网格划分困难，应使楔形和四面体单元远离要求精确结果的区域。

4.自由剖分网格算法，用四面体单元剖分任意几何体的网格，对小位移无接触问题，二次四面体单元C3D10能得出合理结果。

C3D10M适用于standard和

explicit中大变形和接触问题。

不能采用仅包含C3D4网格，除非采用相当细的网格划分。

Standard求解器

1.一般的分析，采用二次、减缩积分单元CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R2存.在应力集中的局部区域，采用二次、完全积分单元CAX8,CPE8,CPS8,C3D203.接触问题，采用细化网格的线性、减缩积分单元或非协调式单元

CAX4I,CPE4I,CPS4I,C3D8I

沙漏现象:

若变形后网格呈现很不规则，则表明沙漏现象在网格中扩展。

量化的途径是研究伪应变能artificalstrainenergy，伪应变能越高，说明过多的应

变能可能用来控制沙漏变形了。

变量ALLAE是伪应变能的能力耗散总和，ALLSE是弹性或可恢复的应变能。

一般希望控制伪应变能和实际应变能的能量耗散比率在5%之内。

将荷载或约束分布在两个或更多节点上则能减轻沙漏问题，细分网格总能降低沙漏现象。

应用壳单元:

选择在分析过程（在定义壳单元时选择）中计算刚度，采用数值积分法，沿厚度方向的每一个截面点上独立地计算应力和应变值，这样就允许材料的非线性行为。

对性质均匀的壳单元，ABAQU默认在厚度方向上取5个截面点，对大多数非线性设计问题就足够了。

对一些复杂的模拟，尤其是当预测会出现反向的塑性弯曲时，一般采用9个截面点。

线性问题，三个截面点已经提供了沿厚度方向的精确积分。

如果选择仅在分析开始时计算横截面刚度，材料行为必须是线弹性的。

所有的计算结果输出为横截面上的合力和合力矩。

默认输出为壳顶面、中面和顶面的值，但需用户指定。

壳顶SPOSW，壳底SNE（面。

相邻壳单元法线方向必须一致。

壳单元的初始曲率由程序根据单元节点自动计算。

对于粗网格划分，相邻单元公用节点处各法线间夹角在20?

以内，则计算平均法线，使壳面平滑。

若相邻法线夹角大于20?

，则反

应了折板的特性。

壳单元的节点和法线确定了壳单元的参考面，典型的参考面重

合于壳体的中面。

有时应用参考面的偏移可以更精确的模拟几何信息。

偏移量定义为从壳的中面到壳的参表面的距离与壳体厚度的比值。

壳的自由度与其参考面相关，在此处计算所有的动力学方程，包括计算单元的面积。

大偏移会影响面上积分，为达到稳定目的，在EXPLICIT中，会按偏移量的平方的量级自动增大应用于壳单元的转动惯量。

当壳必须有大偏移时，可使用多点约束或刚体约束来代替偏移薄壳和厚壳选择的区别在于是否考虑横向剪切变形，判断参考:

厚度与跨度的

比值》1/15时可认为是厚壳。

通用目的的壳单元和厚壳单元考虑了横向剪切应力和剪切应变，对于三维单元，提供了对于横向剪切应力的评估。

计算时忽略弯曲和扭转变形之间的耦合作用，并假设材料性质和弯矩的空间梯度很小。

壳材料的方向:

每个壳体单元都使用局部材料方向。

在大位移分析中，壳面上的局部材料坐标轴随着各积分点上材料的平均运动而转动。

默认的局部1方向是整体坐标1轴在壳面上的投影（若壳面与整体1轴垂直，则局部1方向为整体3方向），局部2方向垂直于壳面中的局部1轴，还有个壳面的正法线方向，构成右手坐标系。

对于斜板的材料方向，应选用沿板轴向和与之垂直的方向，否则可能出现轴力和弯矩共同产生应力无法区分的问题。

选择壳单元:

1.对于需要考虑薄膜作用或含有弯曲模式沙漏的问题，以及具有平面弯曲的问题，可使用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、四边形壳单元适用广泛的问题

3.线性、有限薄膜应变、三角形壳单元S3或S3R可作为通用目的的壳单元使

用4.复合材料层合壳模型中，为了考虑剪切变形的影响，应采用适合模