ABAQUS笔记.docx

红色代表翻译有问题24.1.1 Element library: overview 单元库:概述Characterizing elements 单元的特征Five aspects of an element characterize its behavior:  Family 单元族 Degrees of freedom (directly related to the element family)自由度 Number of nodes 节点数 Formulation 数学公式 Integration 积分在 Abaqus 中每个单元都有自己特有的名字,例如: T2D2, S4R, C3D8I和 C3D8R.这些名字中间反映了单元的五个特征.FamilyContinuum element 实体单元 rigid element 刚体单元Membrane element 薄膜单元Degrees of freedom在分析中自由度是数值计算的基础对于应力和位移的模拟,自由度是壳,管,和梁单元每个节点的旋转的限度对于传热模拟自由度是在每个节点的温度; 对于一个耦合热应力温度分析自由度存在于每个节点除了位移。

传热分析和耦合热应力分析当自由度不一样时，需要使用不同的元素来做应力分析Number of nodes and order of interpolation（节点数目和差值阶数）在单元的节点处计算自由度和位移单元的其他位移计算通过节点位移的插值通常插值阶数是单元的节点数目决定的 线性单元：单元通常在角上有节点，例如8节点立体单元，通常在每个方向使用线性插值，叫做线性单元或者一阶单元 二次单元：在ABAQS中单元的每边有中节点，例如20节点立体单元，采用二次插值，通常叫做二阶单元或二次单元 修正的二次单元：修正的三角形或四面体每条边有中节点，例如10节点四面体，采用修正二次插值，通常叫做修正二次单元通常情况下，单元的名称已经定义了节点数目8节点立体单元叫做C3D8，4节点壳单元叫做S4R梁单元库有一个稍微不同的约定:在梁单元名称中就定义了梁的插值阶数一阶三维梁单元叫做B31，二阶三维梁单元叫做 B32与轴对称单元和薄膜单元有一些相同的约定Formulation（单元的数学公式）单元的数学公式是指用于描述单元性能的数学理论利用拉格朗日公式描述材料单元的变形在欧拉坐标系中材料会赋予到每个单元。

在模拟流体力学通常用欧拉方法在 Abaqus/Standard（通用分析模块）中利用欧拉单元模拟对流热传递Abaqus/Explicit（显式动态分析）提供了复合欧拉单元用于分析应力和位移在 Abaqus/Explicit 中自适应网格结合了拉格朗日和欧拉的分析特性并且允许运动的单元是独立于材料的.所有应力和位移计算都是基于拉格朗日公式. 在 Abaqus/Explicit（显式动态分析）欧拉单元和拉格朗日单元可以一起用于定义接触问题.在 Abaqus 中一些单元族拥有几种不同的计算公式,来适应不同形式的力学性能.例如:常见的壳单元有 3 种不同的计算公式,一种是用于通用壳分析,一种是用于薄壳,另一种用于厚壳分析.另外,Abaqus 提供了实体壳单元,与实体单元一样有节点连接性(通过节点与物体其他部分相连),但是在模拟壳单元的力学单元时尽可能的让壳单元的厚度为一个单元的厚度.Abaqus 中的一些单元族拥有一些标准公式以及一些替代公式.单元具有可供选择的数学公式,在其单元名字末尾处附加字母来识别.例如:实体、梁和杆件单元包括了杂交元列式(用于处理不可压缩和不可伸缩行为);杂交单元由其名字末尾的“H”字母来标识(C3D8H or B31H).Abaqus/Standard 对低阶单元用集中质量公式; Abaqus/Explicit 对所有单元用集中质量公式.因此,第二质量惯性矩偏离了其理论价值,尤其对粗网格来说.Abaqus/CFD(流体分析)对于不可压缩流体采用杂交元来规避一个众所周知的 div-stability 问题. Abaqus/CFD 基于在程序设置方面允许额外的自由度,例如:可选能量方程和湍流模型.IntegrationAbaqus 对每个单元的体积利用数值技术来积分求得各种数据,因此允许完全一般的材料行为.对于大部分单元,Abaqus 采用高斯积分计算单元内每一个高斯点处的响应.在 Abaqus 中一些实体单元可以用完全积分和缩减积分,对于特定的问题,选择完全积分方法和缩减积分方法将决定问题分析的精度和可靠度.Abaqus 在单元名字末尾用字母“R”来识别缩减积分单元.例如:CAX4R 是 4节点、缩减积分、轴对称、实体单元.在一般的截面属性定义壳、管、梁的特性;每个横截面单元可以数值积分,因此当需要时非线性响应与非线性材料之间的关系可以被准确的追踪.另外,在Abaqus/Standard 中壳的复合层截面和三维实体每层不同材料的界面可以被定义.Combining elements 组合单元单元库旨在对所有几何模型提供强大的建模能力.因此,任何组合单元都可以组成模型;有时多点约束在建立模型中必要的运动关系是非常理想的.(例如:在壳单元表面用实体单元, 加筋肋使用壳单元或者使用梁单元.)Heat transfer and thermal-stress analysis(热传递和热应力分析)Abaqus/Standard 提供了相应的热传递和应力单元,一般情况下热传递分析和热应力分析是相随的.Information available for element libraries(单元库提供的有效信息)在 ABAQUS 中一个完整的单元库被分成数个小型的单元库.在这个手册中每个单元库都作为独立的一部分,在每个部分都提供了如下信息. conventions;约定 element types;单元类型 degrees of freedom;自由度 nodal coordinates required; element property definition;单元性质定义 element faces;单元面数 element output;单元输出 loading (general loading 普通荷载, distributed loads 均布荷载, foundations 地基, distributed heat fluxes, film conditions 薄膜, radiation types 辐射类型, distributed flows, distributed impedances, electrical fluxes, distributed electric current densities, and distributed concentration fluxes); nodes associated with the element;节点和单元的联系 node ordering and face ordering on elements; and 在单元上的节点排序和面排序 numbering of integration points for output.对输出的积分点编号一些单元在 Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit 都是可用的,个别用 (S) 标识的单元只能在 Abaqus/Standard 中使用;同样, 个别用 (E) 标识的单元只能在 Abaqus/Explicit 中使用.用 (A) 标识的单元和荷载只能在 in Abaqus/Aqua 可用.对于单元分析大部分输出变量是可用的,额外的输出变量的有用性根据材料模型和过程分析来决定.一些单元有计算变量但不适用与其他同类型的单元,这些变量都是显示制定的.24.1.2 Choosing the element's dimensionality(选择单元的维数)Products: Abaqus/Standard Abaqus/Explicit Abaqus/CFD Abaqus/CAE References(参考文件) “Element library: overview,” Section 24.1.1 “Part modeling space,” Section 11.4.1 of the Abaqus/CAE User's Manual “Assigning Abaqus element types,” Section 17.5 of the Abaqus/CAE User's ManualOverviewABAQUS 单元库包括以下广泛的维度单元. one-dimensional elements;一维单元 two-dimensional elements;二维单元 three-dimensional elements;三维单元 cylindrical elements;圆柱形单元 axisymmetric elements; and 轴对称单元 axisymmetric elements with nonlinear, asymmetric deformation.非线性,非对称变形轴对称单元One-dimensional (link) elements 一维(链接)单元一维传热单元、耦合热/电单元和 acoustic elements 只能在Abaqus/Standard 中可用。

另外，链接结构（杆单元）在 Abaqus/Standard and Abaqus/Explicit 都可用这些单元可以用于三维或者二维单元 to transmit loads or fluxes along the length of the element.Two-dimensional elements 二维单元Abaqus 提供了几种不同类型的二维单元对于结构应用包括 plane stress elements（平面应力单元）和 plane strain elements（平面应变单元）Abaqus/Standard 对于结构应用也提供了广义平面应变单元Plane stress elements(平面应力单元)当构件的厚度相对于其横向尺寸很小时可以使用平面应力单元平面应力只是关于平面坐标的函数，平面外的应力和剪应力都为 0.平面应力单元必须定义在 X–Y 平面，并且所有的变形和荷载都受这个平面的限制这种建模方法用于薄、扁平构件对于各向异性材料，Z 轴方向必须是均质的注:有很薄的等厚薄板,只在板边上受有平行与板面并且不沿厚度变化的面力或约束.同时,体力也平行于板面并且不沿厚度变化. 00zyzxz，，应力张量为: 0ijyxPlane strain elementsPlane strain elements can be used when it can be assumed that the strains in a loaded body or domain are functions of planar coordinates alone and the out-of-plane normal and shear strains are equal to zero.当应变只发生在荷载作用的截面或者函数的定义域只是关于二维平面,不随第三个坐标改变而改变,剪切应变等于 0,这种可以采用平面应变单元.平面应变单元必须定义在 X–Y 平面上,所有的荷载和变形都作用在这个平面上.这种建模方法通常用于,它自身非常厚远超于其横向尺寸,例如, shafts, 混凝土坝,墙体.平面应变理论同样可以运用于底下隧道,其方向沿 Z 轴。

对于各向异性材料，沿 Z 方向必须是材料的主方向就是沿 Z 轴方向的材料是同性的）因为，平面应变理论假。