Connector分析时的单元类型选择

对使用有限元分析的工程师来说这是一个很基础的问题,一个完整的分析离不开材料、网格、边界和载荷,网格是其中的基本要素。网格源于离散化求解思想,离散化就是把连续求解域离散为有限个的子区域,然后分别求解各个子区域的解,各相邻子区域连续和协调,从而形成整个求解域的连续和协调。

单元类型的名称标识了单元的特性,这里以ABAQUSC3D8R单元类型为例:

Connector分析时的单元类型选择

Connector分析时的单元类型选择

单元类型的选用基于多个因素考虑,一般有:

1)、分析类型/精度要求;

2)、分析速度/硬件支持;
3)、使用习惯……

使用ABAQUS进行力学分析时,常见的几种单元类型如下表所示:

Connector分析时的单元类型选择

1)、四面体单元的计算代价高于同阶六面体单元,因此四面体单元一般不优先使用,且C3D4计算精度差,C3D10/C3D10M计算代价较高,但是此类网格在网格划分上有较大优势,一般在复杂的几何模型无法切分成规则六面体网格时采用,比如overloading分析等。

Connector分析时的单元类型选择

2)、六面体单元中C3D8属于一阶单元过于刚硬,同时受限于产品开发周期和硬件配置,二阶单元C3D20(R)应用范围也较小,对比之下,C3D8R的计算代价较小且当厚度方向上有4层以上网格时对力量的分析准确度较好,因此C3D8R成为了主流选择。实际上,C3D8Rstress/strain的分析准确性一般,当要求较高的stress/strain准确性时可采用二阶单元,一般的分析二阶单元在后厚度方向上有两层网格即可达较好的精度。

Connector分析时的单元类型选择

3)、C3D8I(非协调模式单元)在弯曲问题中厚度方向上只需要较少的单元数量,就可以得到和C3D8R相当的分析结果,计算代价较C3D8R更低,但是C3D8I对网格的扭曲要求极严格,在大变形中当单元出现严重扭曲时,计算精度下降,因此使用范围较小。

4)、壳单元S4R具有计算代价低和适应性强的优点,广泛应用于钣金成型、冲压等仿真计算,在弯曲变形中,壳单元可以适用于大多数情景。

Connector分析时的单元类型选择

Summary:

1、四面体单元计算代价高于六面体单元,除非无法划分为六面体单元,否则不推荐采用四面体单元;

2、一阶完全积分单元的精度较差,且单元过于刚硬,非必要不使用该单元类型,但是可以在不关注精度的区域使用该单元类型提高求解速度;

3、一阶缩减积分C3D8R在厚度方向上至少保证四层网格以上以抑制沙漏效应。

 

 

 

 

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