Abaqus单元类型选择解析
ABAQUS单元类型及特点汇总
ABAQUS单元类型及特点汇总1、单元表征单元族：单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。
C3D8I是实体单元；S4R是壳单元；CINPE4是无限元；梁单元；刚体单元；膜单元；特殊目的单元，例如弹簧，粘壶和质量；桁架单元。
自由度dof（和单元族直接相关）：每一节点处的平动和转动1 1方向的平动2 2方向的平动3 3方向的平动4 绕1轴的转动5 绕2轴的转动6 绕3轴的转动7 开口截面梁单元的翘曲8 声压或孔隙压力9 电势11 度（或物质扩散分析中归一化浓度）12＋梁和壳厚度上其它点的温度轴对称单元1 r方向的平动2 z方向的平动6 r-z方向的转动节点数：决定单元插值的阶数数学描述：定义单元行为的数学理论积分：应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。
大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。
单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。
ABAQUS拥有广泛适用于结构应用的庞大单元库。
单元类型的选择对模拟计算的精度和效率有重大的影响；节点的有效自由度依赖于此节点所在的单元类型；单元的名字完整地标明了单元族、单元的数学描述、节点数及积分类型；所用的单元都必须指定单元性质选项。
单元性质选项不仅用来提供定义单元几何形状的附加数据，而且用来识别相关的材料性质定义；对于实体单元，ABAQUS参考整体笛卡尔坐标系来定义单元的输出变量，如应力和应变。
可以用*ORIENTATION选项将整体坐标系改为局部坐标系；对于三维壳单元，ABAQUS参考建立在壳表面上的一个坐标系来定义单元的输出变量。
可以用*ORIENTATION选项更改这个参考坐标系。
2．实体单元(C)实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。
C3D:三维单元CAX:无扭曲轴对称单元，模拟3600的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；CPE:平面应变单元，假定离面应变ε33为零，用力模拟厚结构；CPS:平面应力单元，假定离面应力σ33为零，用力模拟薄结构；广义平面应变单元包括附加的推广：离面应变可以随着模型平面内的位置线性变化。
如何选择ABAQUS单元类型
1、按照节点位移插值的阶数，可以将ABAQUS单元分为线性单元、二次单元和修正的二次单元2、线性完全积分单元在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3、二次完全积分单元适于模拟应力集中问题，一般情况下不会出现剪切自锁，但不能在接触分析和弹塑性分析中使用4、线性减缩积分单元对位移的求解结果较精确，在弯曲载荷下不容易发生剪切自锁，网格的扭曲变形（例如Quad单元的角度远远大于或小于90°）对其分析精度影响不大，但这种单元需要划分较细的网格来克服沙漏问题，且不适于求解应力集中部位的节点应力5、二次减缩积分单元不但支持了线性减缩积分单元的优点，而且不划分很细的网格也不会出现严重的沙漏问题，即使在复杂应力状态下，对自锁问题也不敏感，但它不适于接触分析和大应变问题6、非协调模式单元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，但如果所关心部位的单元扭曲比较大，其分析精度会降低7、线性Tri单元和Tet单元的精度很差，二次Tet单元(C3D10)适于ABAQUS/Standand中的小位移无接触问题，修正的二次Tet单元(C3D10M)适于ABAQUS/Explicit，以及ABAQUS/Standand中的大变形和接触问题8、ABAQUS的壳单元可以有多种分类方法，按照薄壳和厚壳来划分，可以分为通用目的（general-purpose）壳单元和特殊用途（special-purpose）壳单元；按照单元的定义方式，可以分为常规（conventional）壳单元和连续体（continuum）壳单元9、ABAQUS中的所有梁单元都可以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形，B21和B31单元（线性梁单元）以及B22和B32单元（二次梁单元）即适用于模拟剪切变形引起重要作用的深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁，三次单元B23和B33只需划分很少的单元就可以得到较精确的结果1、对于应力集中问题，尽量不要使用线性减缩积分单元，可使用二次单元来提高精度。
abaqus c3d8p单元类型
Abaqus软件是一款广泛应用于工程实践中的有限元分析软件，因其强大的功能和稳定的性能而备受工程师和研究人员的青睐。
在Abaqus中，有许多不同的单元类型可供用户选择，每种单元类型都有其特定的适用范围和优缺点。
其中，c3d8p单元类型是Abaqus中常用的一种典型的八节点有限元单元类型，本文将对其进行详细介绍。
1. c3d8p单元类型概述c3d8p单元是Abaqus中的八节点有限元单元类型，它具有平行六面体的形状，适用于对复杂的结构进行分析。
该单元类型在模拟物体的各向同性材料时表现出色，能够准确地描述结构的应力、应变和变形等力学特性。
2. c3d8p单元类型的特点（1）高精度：c3d8p单元类型具有八个节点，可以更准确地刻画结构的变形情况，提高了分析的精度和准确度。
（2）适用范围广：该单元类型适用于各种各样的结构分析，包括金属结构、混凝土结构和复合材料等。
（3）对称性好：c3d8p单元类型具有较好的对称性，可以在分析中减小误差，保证分析结果的准确性。
3. c3d8p单元类型的应用场景c3d8p单元类型广泛应用于工程领域的结构分析和设计中，包括但不限于：（1）航空航天领域：用于飞机、航天器等复杂结构的应力、疲劳和损伤分析。
（2）土木工程领域：用于桥梁、隧道等土木结构的承载能力和稳定性分析。
（3）机械制造领域：用于汽车、机器设备等的零部件强度和刚度分析。
（4）材料科学领域：用于纤维增强复合材料的强度和疲劳性能分析。
4. c3d8p单元类型的优缺点（1）优点：a. 高精度：能够准确描述结构的应力、应变和变形特性；b. 适用范围广：可用于各种结构的分析；c. 对称性好：分析结果更加准确。
（2）缺点：a. 计算成本高：由于节点数较多，计算成本较高；b. 不适用于屈曲分析：在一些特定情况下，c3d8p单元类型不适用于屈曲分析。
5. c3d8p单元类型的使用注意事项在使用c3d8p单元类型进行分析时，需要注意以下几点：（1）合理网格划分：合理的网格划分是保证分析精度和效率的关键，需要根据分析对象的实际情况进行网格划分。
ABAQUS中单元的选择宝典
ABAQUS中单元的选择宝典1.完全积分是指当单元具有规则形状时，所用的高斯积分点可以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确地积分。
2.剪力自锁将使单元变得“刚硬”，只影响受弯曲荷载的完全积分线性（一阶）单元，这些单元功能在受直接或剪切荷载时没有问题。
二次单元的边界可以弯曲，没有剪力自锁的问题。
3.只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和三角形实体单元采用完全积分。
减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。
4.只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和三角形实体单元采用完全积分。
减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。
5.非协调单元：只有四边形和六面体单元才能采用减缩积分。
所有的楔形、四面体和三角形实体单元采用完全积分。
减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点。
6.ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。
在弯曲问题中，用非协调单元可得到与二次单元相当的结果，且计算费用明显降低。
对单元扭曲很敏感。
7.ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。
在弯曲问题中，用非协调单元可得到与二次单元相当的结果，且计算费用明显降低。
对单元扭曲很敏感。
8.杂交单元：ABAQUS对非协调单元采用了增强位移梯度形式。
在弯曲问题中，用非协调单元可得到与二次单元相当的结果，且计算费用明显降低。
对单元扭曲很敏感。
9.一般情况下应采用二次减缩积分单元（CAX8R，CPE8R，CPS8R，C3D20R）。
在应力集中局部采用二次完全积分单元（CAX8，CPE8，CPS8，C3D20）。
对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（CAX4R，CPE4R，CPS4R，C3D8R）。
对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调单元（CAX4I，CPE4I，CPS4II，C3D8I等）的细网格划分。
10.采用非协调单元时应使网格扭曲减至最小。
(完整版)ABAQUS实体单元类型总结
在ABAQUS中，基于应力/位移的实体单元类型最为丰富：（1）在ABAQUS/Sandard中，实体单元包括二维和三维的线性单元和二次单元，均可以采用完全积分或缩减积分，另外还有修正的二次Tri单元（三角形单元）和Tet单元(四面体单元)，以及非协调模式单元和杂交单元。
（2）ABAQUS/Explicit中，实体单元包括二维和三维的线性缩减积分单元，以及修正的二次二次Tri单元（三角形单元）和Tet单元(四面体单元)，没有二次完全积分实体单元。
------------------------------------------------------------------------------------------------------------按照节点位移插值的阶数，ABAQUS里的实体单元可以分为以下三类：线性单元（即一阶单元）：仅在单元的角点处布置节点，在各个方向都采用线性插值。
二次单元（即二阶单元）：在每条边上有中间节点，采用二次插值。
修正的二次单元（只有Tri 或Tet 才有此类型）：在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值。
******************************************************************************* ***************1、线性完全积分单元：当单元具有规则形状时，所用的高斯积分点的数目足以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确积分。
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。
2、二次完全积分单元：优点：（1）应力计算结果很精确，适合模拟应力集中问题；（2）一般情况下，没有剪切自锁问题（shear locking）。
但使用这种单元时要注意：（1）不能用于接触分析；（2）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（volumetric locking）；（3）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。
Abaqus单元类型选择讲课文档
内能
内能
伪应变能
伪应变能
沿厚度方向有两个单元： 伪应变能与内 沿厚度方向有四个单元： 伪应变能与内
能之比为2%。
能之比为0.1%。
第二十四页，共51页。
使用连续体单元模拟弯曲
ABAQUS/analysis_单元选择标 准
• 使用非协调模式单元模拟弯曲 (CPS4I, …) – 对于以弯曲为主的问题中，这种单元可能是效率最高的实体单元。 – 计算费用在一阶和二阶减缩积分单元之间，兼有两种积分方法的优点。 • 可以正确的模拟剪切行为—在纯弯曲问题中没有剪切应变。 • 在厚度方向，仅用一个单元就可以模拟弯曲。 • 没有沙漏模式；在塑性和接触问题中，工作的很好。 – 如果单元严重扭曲，相对一阶减缩积分单元的优势将会减弱；然而， 在严重扭曲的条件下，所有单元的精度都会下降。
第二十五页，共51页。
使用连续体单元模拟弯曲
• 例子：扭曲单元的悬臂梁
ABAQUS/analysis_单元选择 标准
第二十六页，共51页。
平行扭曲
梯形扭曲
使用连续体单元模拟弯曲
• 总结
ABAQUS/analysis_单元选择标准
单元类型 物理行为 二阶插值 一阶插值、全积分 一阶插值、减缩积分
非协调模式
ABAQUS/analysis_单元选择 标准
在厚度方向有四个单元
没有沙漏
第二十二页，共51页。
使用连续体单元模拟弯曲
• 检查并控制沙漏 – 在变形形状的绘图中，可以看到沙漏 现象。
• 例子：带有中心点载荷简支梁的 粗网格和中等网格。
– ABAQUS有内建的沙漏控制方法，用 以限制沙漏产生的问题。
ABAQUS/analysis_单元选择标准
abaqus中单元的选取
ABAQUS中单元的选取总结实体单元的选择1. 如果不需要模拟非常大的应变或进行复杂的需改变接触条件的问题，则应采用二次减缩积分单元（CAX8R、CPE8R、CPS8R、C3D20R等）；2. 如果存在应力集中，则在局部应采用二次完全积分单元（CAX8、CPE8、CPS8、C3D20等）。
它们可用最低费用提供应力梯度最好的解答。
3. 涉及到非常大的网格扭曲问题（大变形分析），建议采用细网格剖分的线性减缩积分单元（CAX4R、CPE4R、CPS4R、C3D8R等）；4. 对接触问题采用线性减缩积分单元或细分的非协同单元（CAX4I、CPE4I、CPS4I、C3D8I等）；5. 尽可能的减少网格变形的扭歪，形状扭歪的粗网格线性单元会导致非常差的结果。
壳单元的选择1．当要求解十分精确时，可使用线性、有限薄膜应变、完全积分的四边形壳单元（S4），这个壳单元十分适合于要考虑膜作用或有弯曲模式沙漏的问题，也适合于有平面弯曲的问题；2．线性、有限薄膜应变、减缩积分、四边形壳单元（S4R）较流行，适合于各类问题的应用；3．线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3/S3R）可作为一般的壳单元来使用。
因为在单元内部是常应变应力场，求解弯曲变形和高应变梯度时需要精细的网格剖分；4．考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，可应用厚壳单元（S4、S4R、S3、S3R、S8R）来模拟它，此时需检验平面假定是否满足；5．四边形或三角形的二次壳单元，对于一般的小变形薄壳来说是很有效的，它们对于剪力锁闭和薄膜锁闭不敏感；6．如果在接触问题中一定要用二阶单元，不要选用二阶三角形壳单元（STRI65），而要采用9节点的四边形壳单元（S9R5）；7．对于几何线性的，但规模又非常大的模型，线性薄壳单元（S4R5）通常将比一般壳单元效率更高。
梁单元的选择1. 对任何涉及到接触的分析，应使用一阶的、有剪切变形的梁单元（B21、B31）;2. 对于结构刚度非常大或非常柔软的结构，在几何非线性分析中应当使用杂交梁单元（B21H、B32H等）；3. Euler-Benoulli三次梁单元（B23、B33）在模拟承受分布荷载作用的梁，包括动态的振动分析时，会有很高的精度。
abaqus梁单元类型
abaqus梁单元类型abaqus梁单元类型，是指ABAQUS软件中能够处理梁体结构的有限元单元，包括BEAM188、BEAM189、BEAM T3D2、BEAM T3D2R、BEAMT3D2H等多种类型。
这些单元可以用于模拟不同的梁体结构，在结构分析和优化中发挥着重要作用。
下面将从三个方面来介绍abaqus梁单元类型。
一、单元节点对应关系ABAQUS中的每个梁单元都由两个节点以及它们之间的单元杆构成。
BEAM188、BEAM189和BEAM T3D2单元是三维梁单元，它们分别由8个、12个和2个节点定义，其中BEAM188和BEAM T3D2指定了旋转矩阵，而BEAM189采用了四元数来表示节点旋转状态。
BEAM T3D2R单元是二维梁单元，由2个节点定义，节点之间的杆沿着厚度方向被建模。
BEAM T3D2H单元也是二维梁单元，与BEAM T3D2R相似，但它支持主应力方向的旋转。
二、单元类型特点及区别不同的abaqus梁单元类型具有各自不同的特点和用途。
BEAM188单元稳定性较好，适用于大变形问题，但其计算量较大。
BEAM189单元可以模拟高度非线性的变形情况，但对计算资源的需求较高。
BEAMT3D2单元是一种轻量级的单元类型，能够模拟较大的变形，但难以处理非线性行为。
BEAM T3D2R和BEAM T3D2H可以用于模拟二维梁体，并支持旋转和主应力方向变换等操作。
三、参数设置方法在ABAQUS中，选择不同的梁单元类型，需要掌握相应的参数设置方法。
例如，BEAM188单元有多种材料模型可以选择，用户需要合理设置其弹性模量、泊松比、截面类型等参数。
BEAM189单元需要设定节点的四元素、实体材料的本构模型等信息。
BEAM T3D2单元需要输入节点坐标、截面积、弹性模量、剖分单元等信息。
BEAM T3D2R和BEAMT3D2H的设置类似，需要设定节点的坐标、材料信息、厚度和剖分等参数。
综上所述，abaqus梁单元类型在结构分析和优化中具有十分重要的作用，可用于模拟不同类型的梁体结构。
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A1.2
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• ABAQUS单元库中大量的单元为不同几何体和结构建模提供了非常大的灵活性。 – 可以通过以下的特征为单元分类： •族 • 节点个数 • 自由度 • 公式 • 积分点
二次插值 全积分 减缩积分
一次插值
A1.10
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• 单元命名约定：例子
B21: Beam, 2-D, 1st-order interpolation S8RT: Shell, 8-node, Reduced integration, Temperature
A1.4
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
族 • 有限元族是一种广泛的分类 方法。 • 同族的单元共享许多基本特 征。 • 在同一族单元中又有许多变 异。
刚体单元 薄膜单元 连续体(实体单元) 壳单元 梁单元
无限单元
特殊单元，如弹簧、 阻尼器和质量单元
桁架单元
A1.5
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
节点个数 (插值) • 节点的单元编号决定了单元域内 节点自由度的插值方式。 • ABAQUS包含一阶和二阶插值方 式的单元。
一次插值 二次插值
A1.6
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
自由度 • 在有限元分析过程中，单元节点的自由度是基本变量。 • 自由度的例子： – 位移 – 转动 – 温度 – 电势 • 一些单元具有与用户定义的节点不相关的内部自由度。
A1.14
ABAQUS/analysis_单元选择标准
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 壳单元 – 使用表面模型构成的壳单元近似 模拟三维实体连续体单元。 • 可以有效的模拟弯曲和面内 变形。 – 如果需要分析某个区域的细节， 使用多点约束或子模型的办法可 .7
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
公式 • 用于描述单元行为的数学公式是用于单元分类的另一种方法。 • 不同单元公式的例子： – 平面应变 – 平面应力 – 杂交单元 – 非协调元 – 小应变壳 – 有限应变壳 – 厚壳 – 薄壳
A1.8
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS/analysis_单元选择标准
Element type
单元类型选择标准
ABAQUS/analysis_单元选择标准
概述
• ABAQUS中的单元 • 结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元 • 使用连续体单元模拟弯曲 • 应力集中 • 接触 • 不可压材料 • 网格生成 • 选择实体单元总结
CAX8R: Continuum, AXisymmetric, 8-node, Reduced integration
CPE8PH: Continuum, Plane strain, 8-node, Pore pressure, Hybrid
DC3D4: Diffusion (heat transfer), Continuum, 3-D, 4-node
A1.12
ABAQUS/analysis_单元选择标准
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
ABAQUS/analysis_单元选择标准
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 连续体(实体)单元模型一般较大、并且昂贵，尤其对于三维问题。 • 如果合适，应该尽量使用结构单元(壳和梁)，以得到更经济的解。 – 与连续体单元模型相比，结构单元模型需要的单元一般少得多。 • 对于能得到可接受结果的结构单元，壳的厚度和梁截面的尺寸应该小于总体结 构尺寸的1/10，比如： – 支撑或点载荷之间的距离 – 尺寸变化很大的横截面之间的距离 – 最高振动模态的波长
DC1D2E: Diffusion (heat transfer), Continuum, 1-D, 2-node, Electrical
A1.11
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• 比较ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit单元库 – 两种程序基本上具有相同的单元族：连续体、壳、梁等等。 – 除了应力分析，ABAQUS/Standard包括许多可以用于其它分析类型的单元： 热传导、土壤固结、声学等等。 • 在ABAQUS/Explicit中也可以使用声学单元。 – 对于每个单元族，ABAQUS/Standard包含许多变种。 – ABAQUS/Explicit包含几乎所有的一阶单元。 • 例外：二阶三角形和四面体单元、二阶梁单元 – 对于两种程序，许多单元选择的准则是一样的。
利用梁单元建模的框架结构
A1.16
ABAQUS/analysis_单元选择标准
使用连续体单元模拟弯曲
ABAQUS/analysis_单元选择标准
使用连续体单元模拟弯曲
• 纯弯曲的物理特征 – 有限元方法企图模拟的材料行为是： • 在变形过程中，横截面仍然保持为 平面。 • 沿厚度方向，轴向应变xx 线性变化。 • 如果 = 0 ，厚度方向的应变yy 为 零。 • 没有薄膜剪切应变。 – 在圆弧上，线平行于梁轴。 xx
3-D 实体 表面模型
遭受发射冲击半球圆顶的壳模型
A1.15
ABAQUS/analysis_单元选择标准
结构单元（壳和梁） vs. 连续体单元
• 梁单元 – 使用线模型构成的梁单元近似模 拟三维实体单元。 • 可以有效的模拟弯曲、扭转 和轴力。 • 有许多可用的横截面形状。
3-D 实体 线模型
• 还可以用工程常数的方式指 定横截面属性。
ABAQUS中的单元
积分点 • 在单元之内，刚度和单元质量在采样点，所谓的“积分点”，进行数值计算。 • 用于积分这些变量的数值算法将影响单元的行为。 • ABAQUS包含“全”积分和“减缩”积分单元。
A1.9
ABAQUS/analysis_单元选择标准
ABAQUS中的单元
• 全积分: – 对于具有线弹性材料属性的、 未扭转的单元，精确积分应变 能所需的最小积分阶数。 • 减缩积分: – 积分的阶数比全积分小一阶。