abaqus建模流程-学习笔记

abaqus建模流程一一学习笔记Abaqus建模流程

Abaqus标准版共有“部件(part)”、“材料特性

(propoterty)"、"装配(assembl.e)"、“计算步骤

(step)”、“交互(interaction)"、"加载(l.oad)“单元划

分(mesh)"、"计算(job)"后处理(visual.ization)9\

“草图(sketch)”十大模块组成。建模方法：

1首先建立“部件”

(1)根据实际模型的尺寸决定绘图区的大小，一般为模型的

1.5倍，间距大小可以在edit菜单sketcheroptions选项里调

整。

QuantitySISI(mm)USUnit(ft)USUnit(inch)

l.engthmmmttin

ForceNNIbfIbf

Masskgtonne(105kg)sl.uglbfs2/in

Time$sss

StressPa(N/m2)MPa(N/mm2)IbfZtt2psi(lbfZin2)

EnergyJmJCIO-sJ)nibfinlbf

Densitykg/m3tonne/mm3lbfs2/in4

(2)在绘图区分别建立部件中的各个特征体，建立特征体的

方法主要有挤压、旋转、平扫三种。同一个模型中两个不同的部

件可以有同名的特征体组成，也就是说不同部件中可以有同名的

特征体，同名特征体可以相同也可以不同。部件的特征体包括用

各种方法建立的基本特征体、数据点(datumpoint)、数据轴

(datuma*is)＞数据平面(datumpl.ane)等等。选择多个元

素时，可以同时按住shift键，或者按住鼠标左键进行窗选；如

果取消对某个元素的选择可以同时按住Ctrl.键。同时按住

Ctrl.、shift和鼠标左键(中键、右键)然后平移鼠标可以进行

旋转(平移、缩放)。如果想修改或撤销已经完成的操作，可以在

窗口左侧的模型树中找到此项操作，在上面点击右键，选择

Edit或del.eteo

(3)编辑部件可以用部件管理器进行部件复制，重命名，删

除等，部件中的特征体可以是直接建立的特征体，还可以间接手

段建立，如首先建立一个数据点特征体，通过数据点建立数据轴

特征体，然后建立数据平面特征体，再由此基础上建立某一特征

体，最先建立的数据点特征体就是父特征体，依次往下分别为子

特征体，删除或隐藏父特征体其下级所有子特征体都将被删除或

隐藏。

(4)部件类型：

・可变形体：任意形状的，可以包含不同维数的特征(实

体、表面、线)；在荷载作用下可以变形。

・不连续介质刚体：任意形状的；在荷载作用下不可变

形。

・解析刚体：只可以用直线、圆弧和抛物线创建的形状；

在荷载作用下不可变形

・欧拉部件：实体区域；定义在欧拉分析中材料可以流动

的区域

刚体是不能够施加质量、惯性轴等特性的，建立刚体后必

须给刚体指定一个参考点(referencepoint),在加载模块里对参

考点施加约束和定义其运动，对参考点施加的荷载或运动就相当

于施加给了整个刚体。除了刚形体有旋转的情况或者要求绕刚体

中的某一轴的反力矩情况外，参考点的位置并不重要，上述两种

情况，参考点应该位于绕其转动的轴上。在创建部件时需要指定

部件的类型，一旦建立后就不能更改其类型。对于形状简单的刚

性部件，使用解析刚体可以精确模拟部件的几何形状，而且可以

减小计算代价，但如果刚性部件的几何形状较复杂，无法用解析

刚体来建模，就需要使用离散刚体。

解析刚体不需要画网格，离散刚体需要画网格(边界由网格

节点控制)，且要在发生接触的部位划分足够细的网格，以保证

不出现大的尖角。

创建刚体的三种方法：1.离散刚体和解析刚体；

"Interaction模块中的刚体约束和显示体约束，可以

将变形体变为刚体；3.定义一块钢板，其属性定义弹模无

限大、泊松比无限小，可以模拟刚体。

(5)分区将部件再细分为不同的区域，区域可以用于创建几

何集，还可以用于划分网格，一般在Assembl.y和Mesh模块创

建可划分网格的分区效果更好。

(6)在修改部件几何形状时，尽量修改顶点位置或编辑尺

寸，而不要创建或删除线段，这样可以减少对已定义的部件特

征、集合和面的影响。在修改几何模型后，必须对原模型的截面

属性、面、集合、载荷、边界条件和约束进行全面检查，以便确

定原模型是否受到影响。

(7)在创建轴对称部件时，ABAQUS/CAE要求旋转轴必须是竖

直方向的辅助线，而且轴对称部件的整个平面图都要位于旋转轴

的右侧。

(8)ABAQUS/CAE推荐的建模方法是把整个数值模型(如材

料、边界条件、荷载等)都直接定义在几何模型上，而不是像其

他前处理器那样定义在单元和节点上，这样在修改网格时不必重

新定义材料和边界条件等模型参数。在处理复杂问题时，可以先

简单地划分粗网格，得到初步的模拟结果，然后再在适当的区域

细化网格。

一般先划分网格，这样做的好处是，往往在划分网格的过

程中，会发现部件的几何模型需要进一步修改，例如存在过小的

圆角或线段，导致不必要的细化网格；而经过这些修改后，已经

定义好的边界条件、载荷和接触等可能变为无效的，需要再重新

定义。

(9)利用Sketch模块创建独立的草图。该种方法创建的草

图不与任何的部件相关联，可以保留，作后继使用。Sketch约

束定义了几何实体之间的逻辑关系，如平行、垂直、切线、一

致、同心等等。

2建立材料特性

(1)输入材料特性参数如弹性模量、泊松比等

大多数实验数据常常是用名义应力和名义应变的值给出

的。这时，必须把塑性材料的数据从名义应力/应变的值转换为

真实应力/应变的值。当应变很小时，真实值和名义值之间差别

很小，而当应变很大时，二者之间就会有明显的差别；因此，如

果模拟的应变比较大，就一定要向ABAQUS提供合适的应力一应

变数据，这是极为重要的。对一般多维应力状态，用屈服准则确

定应力属于弹性还是弹塑性范围。

定义截面属性时，平面应力单元、平面应变单元和轴对称

单元都应该定义为实体截面属性(*SOLI党史ECTION),而不是壳

截面属性(*SHE1.1.SECTION)o

在进行弹塑性分析时，同样可以使用分区的方法，将部件

中重要的、塑性变形较大的区域定义为弹塑性材料，将不重要

的、几乎不发生塑性变形的区域定义为弹性材料，以便使分析更

容易收敛，缩短计算时间。

尽量不要对塑性材料施加点载荷，而是根据实际情况来使

用面载荷或线载荷。如果必须在某个节点上施加点载荷，可以使

用耦合约束来为载荷作用点附近的几个节点建立刚性连接，这样

这些节点就会共同承担点载荷。

材料方向：对于壳、梁和桁架单元，局部的材料方向总是

随着变形而转动。对于实体单元，仅当单元中提供了非默认的局

部材料方向时，它的局部材料方向才随着变形而转动，否则，默

认的局部材料方向在整个分析中将始终保持不变。

(2)建立截面(section)特性,如均质的、各项同性、平面

应力平面应变等等，截面特性管理器依赖于材料参数管理器

(3)分配截面特性给特征体，把截面特性分配给部件的某一

区域就表示该区域已经和该截面特性相关联

3模型装配

在装配(assembl.e)模块里首先建立部件实例

(partinstance),一个部件实例可以看作部件的代表，但并不是

原部件的拷贝。实例一直和原部件保持关联，当原部件几何形状

发生变化时，实例也发生相应变化。一个装配模型可以包含一个

部件的多个实例，在创建第一个实例时所生成的装配模型总体坐

标系是该装配模型的一个实例。

同一个部件中所有特征体在装配模块中对该部件建立实例

时会形成一个整体，选择该实例时，该实例在装配之前原部件中

所有特征体都被选择了。后续所有模块的操作对象就是所生成的

部件实例，也即装配模型中的特征体，而不是原来的部件。

对于各部件的实例，可以在view菜单

assembl.ydispl.ayoptions选项里选择instance标签对现有的

各实例决定其是否显示在当前视窗中，这一功能对选择视窗中的

对象很有帮助。

(1)部件实例有独立的和非独立的两种，缺省状态是非独

立实例。

(2)在交互模块、加载模块和单元划分模块里操作的对象

都是装配模型中各个部件实例。

(3)创建了一个部件实例后，ABAQUS需要生成一个装配体

的总体坐标系定位该实例，该装配体的总体坐标系与部件的总体

坐标系是两个不同的坐标系。创建部件基特征体时的绘图

(sketch)坐标原点与装配体的总体坐标系原点重合，并且*y

坐标平面和装配体总体坐标系*丫平面平行。创建了第一个实例

后，ABAQUS定位该实例的方法就是将该实例基特征体的坐标原

点(绘制平面草图的坐标原点)与装配体总体坐标系原点重合。

(4)定位各个部件实例

常见的定位标准包括：平行面、面对面、平行边、边对

边、共轴、点重合、坐标系平行、接触。各定位标准之间互不影

响，可以用新的定位标准替换原定位标准。箭头指向相同的方

向。

每一个定位标准都作为装配模型的特征体而保存，可以在

特征体管理器里进行编辑。

(5)集和面

如果当前的功能模块是Assembl.y、Interaction>1.oad

或Mesh(处在为装配件划分网格的状态下)，则使用主菜单

Tool,s定义的面或集合是属于整个装配间的；而如果当前的功

能模块式Part或Mesh(处在为部件划分网格的状态下)，则使

用主菜单Tool.s定义的面或集合只是属于此部件，不能在

Assembl.y>Interaction或1.oad功能模块中使用。因此，创

建集合或面时，要注意首先选择正确的功能模块(恰当的做法是

在需要的模块中建立集和面)。

在定义约束、边界条件、载荷、接触或场变量等模型参数

时，都应事先定义相应的集合和面，并给出容易识别的名称，这

样在建立复杂模型时，会大大降低出错的可能性

1设置分析步(step)

(1)对模型施加荷载和边界条件之前或者定义模型的接触

问题之前，必须定义不同的分析步骤。然后可以指定在哪一步施

加荷载，在哪一步施加边界条件，哪一步确定相互关联。

⑵CAE缺省地创建初始步(initial.)

分析步创建完成后会自动生成输出结果管理器

(3)输出结果要求

ABAQUS求解器通常计算每一个增量步的许多变量值，而往

往我们只对其中某一小部分计算数据

感兴趣，软件提供了指定要输出到计算结果数据库中的某

些变量结果的功能。输出要求包括以下一些

信息：

(a)所需要的变量或者变量分量；

(b)模型中某一特定区域和积分点的计算结果；

(c)写到计算结果数据库中各变量值的写入频率；

建立了第一分析步后，CAE缺省地选择和相应的分析过程中

输出变量集。缺省的情况下，CAE输出模型中每个节点或积分点

的计算值。

在一般分析步中，载荷必须以总量而不是以增量的形式给

定。例如，如果在分析步1中有一个10kN的集中载荷，而在分

析步2中此载荷变为40kN,那么在这两个分析步中，对载荷的

定义应该分别是10kN和40kN,而不是10kN和30kNo

•场变量输出(邑64)和历程输出(history)

3)场变量输出：

在通常情况下，用于绘制模型的变形、云图和*-丫图，由于

ABAQUS生成的实时输出结果数据库文件都很大，因此可以通过

修改输出要求来限制结果数据库的大小。

(b)历程输出：

ABAQYUS对模型中指定点产生历程输出数据。使用后处理模

块在*丫坐标系中查看历史输出结果。结果的输出频率依赖于如

何使用计算生成的各种数据，输出频率可以很高。可以建立历史

输出要求，通过该要求限制历史输出频率。在建立历史输出要求

时可以指定某一个独立的变量写入输出结果数据库。

•通用分析步(general,step)和线性摄动分析步

(1.inearperturbationstep)

分析步包括通用步和线性摄动步两大类，当在已有的分析

步中插入新的通用分析步或者线性摄动分析步时，其上一个分析

步相应的输出结果要求会自动传递给该分析步。如果删除一个分

析步，相应的结果输出要求以及其后由该步传递的各分析步的输

出结果要求都将被删除。如果某一个分析步没有相应的结果输出

要求，在计算模块(job)里生成输入文件时将会给出警告。

(1)通用分析步

定义的是一个接一个顺序的分析流程，可以用于线性和非

线性分析，主要有以下类型:

-static,general.使用ABAQUS/standard进行静力分析

-dynamics,impl.icit使用ABAQUS/standard进行隐式动力

分析

-dynamics,e*pl.icit使用ABAQUS/e*pl.icit进行显式动

态分析

（2）线性摄动分析

分析“基础状态”基础上的线性响应，而基础状态是前溯

最近的general,step（通用分析步），下一个分析步和

1.inearperturbationsteps是没有关系的。只能用于分析线性

问题，在ABAQUS/e*pl.icit不能用线性摄动分析，以下类型总

是采用线性摄动分析步：

-responsespectrum反应谱分析

-steady-statedynamic谐波激励稳态动力分析

线性分析是基状态（初始构型或当前构型）的线性摄动，

基状态之前的响应可以是非线性的。但是，模型必须是静态平衡

的（在进行线性摄动分析之前，只有先利用*STATIC分析步达到

静力平衡，才可以应用DYNAMIC选项）。在摄动分析步之后，可

以继续进行非线性分析步。在Abaqus/E*pl.icit中，只有通用

分析步。

・时间增量步的设置

(1)增量步的类型：

ABAQUS/Standard使用Newton-Raphson算法来求解非线性

问题，把所有载荷按一定的要求分成若干载荷步step,每一步

step根据ABAQUS自动载荷增量，分成若干增量increments,每

一增量施加一定的载荷，然后每一增量通过若干迭代步

iteration进行迭代，当系统达到平衡时，迭代结束，完成一个

增量。当所有的增量都完成后，计算结束，所有增量响应的总和

就是非线性分析的近似解；反之，计算可能出现发散。这时，可

以通过采用多钟方法(如调整放大质量系数，单元网格优化等)

调整增量大小，使计算继续进行。

ABAQUS/E*pl.icit在求解非线性问题时不需要进行迭代，

而是显示地从上一个增量步的静力学状态来推出动力学平衡方程

的解。ABAQUS/E*pl.icit的求解过程需要大量的增量步，但由

于不进行迭代，也不需要求解全体方程组，其每个增量步的计算

成本很小，可以很高效地求解复杂的非线性问题。

Automatic即增量步的大小由ABAQUS自动控制，根据分析

结果的收敛情况自动增大或减小增量步。在默认情况下，如果经

过16次迭代的解仍不能收敛或者结果显示出发散，

ABAQUS/Standard就放弃当前增量步，并将增量步的值设置为原

来值的25%,重新开始计算。利用比较小的载荷增量来尝试找到

收敛的解答。若此增量仍不能使其收敛，ABAQUS/Standard将再

次减小增量步的值。在中止分析之前，

ABAQUS/Standard默认地允许至多5次减小增量步的值。如

果连续两个增量步都只需少于5次的迭代就可以得到收敛解，

ABAQUS/Standard会自动地将增量步的值提高50%o

(2)允许的增量步最大数目：100,即如果经过100个增量

步后结果还不收敛，则分析中止。

(3)初始增量步大小：0.1。用户只需在每个分析步模拟中

给出第1个增量步的值，然后,ABAQUS/Standard自动地调整后续

增量步的值。对于简单的问题，可以直接令初始增量步等于分析

步时间(例如令初始增量步等1)。对于复杂的非线性问题(例

如模型中有复杂的接触或大的塑性变形)，ABAQUS/Standard不

得不反复减小增量步，从而导致占用了CPU时间以及甚至不能收

敛，可以尝试减小初始增量步。

(4)允许的最小增量步：10-5允许的最大增量步：1

(5)在静态分析中，如果模型中不包含阻尼或与速率相关

的材料性，“时间”就没有实际的物理意义。方便起见，一般都

把分析步时间设为默认的1。

(6)对于复杂的三维问题，如果出现收敛困难，可以使用

额外的分析步和边界条件，将荷载逐步施加到模型上。即在接触

分析中，如果在第一个分析步中就把全部载荷施加到模型上，有

可能分析无法收敛，建议先定义一个只有很小载荷（或位移）的

分析步，让接触关系平稳地建立起来，然后在下一个分析步中再

施加真实的载荷。这样虽然分析步的数目增多了，但减小了收敛

的困难，计算时间可能反而会缩短。

・设定自适应网格

分析锻压、拉拔和轧制等大变形问题时，模型的几何形状

发生显著变化，网格会产生严重的扭曲变形，

导致分析精度下降，稳定步长缩短，甚至无法达到收敛。

ABAQUS的自适应网格功能允许单元网格独立于材料移动，从而

在大变形分析过程中也能始终保证高质置的网格。

自适应网格主要用于ABAQUS/E*pl.icit,以及

ABAQUS/Standard中的表面磨损过程模拟。在一般的

ABAQUS/Standard分析中尽管也可以设定自适应网格，但不会起

到明显的作用。

点击Step功能模块的主菜单Othei---

AdaptiveMeshDomain可以设定自适应网格的有效区域，点击主

菜单Other---AdaptiveMeshContro1.s可以设置自适应网格的

参数。ABAQUS的自适应网格不改变网格的拓扑结构（单元和连

接关系），它结合了纯拉格朗日分析（网格跟随材料终动）和欧

拉分析（网格位置固定，材料在网格中流动），被称为“任意拉

格朗日-欧拉(A1.E)分析“。它通常比纯拉格朗日分析更有

效、更精确和更稳定。

对于ABAQUS/Standard的通用分析步，可以点击Step功能

模块的主菜单Other―General.Sol.utionControl.s来控制收敛

算法和时间积分精度。对于静力问题的通用分析步和线性摄动分

析步，以及稳态传热问题，可以点击主菜单

Other->Sol.verControl.s来控制迭代线性方程求解器的参数。

•设定几何非线性(Nl.geom)

进行弹塑性分析时，如果模型的位移较大，则设定几何非

线性为on。当然弹塑性分析中并不一定要考虑几何非线性，几

何非线性的含义是位移的大小对结构的响应发生影响，例如大位

移、大转动、初始应力、几何刚性化和突然翻转等。

•分析控制

•为Abaqus/E*pl.icit分析定义自适应网格区域和自适应

网格控制。

•为接触问题定制求解控制。

选定择一监解控制，，用由制度？口侬中的收敛控制参数

和时间积分精度算法。

2

在分析过程中，可以有效的显示求解历程，为求解过程提

供简单的指示。选定某个自由度，指示当前建的立交如互作用

「过程匿触选定约拱束结构的中点。

3

ABAQUS/CAE中的接触分析主要包括以下建模步骤：

1）在Interaction功能模块、Assembl.y功能模块或

1.oad功能模块中定义各个接触面。

2）在Interaction功能模块中定义接触属性（包括法向接

触属性和切向的摩擦属性）。

3）在Interaction功能模块中定义接触（包括主面、从

面、滑动公式、从面位置调整、接触属性、接触面距离和接触控

制等）。

4）在Load功能模块中定义边界条件，保证消除模型的刚

体位移。

在Interaction功能模块中，主要可以定义模型的以下相

互作用：

（1）主菜单Interaction定义模型的各部分之间或模型与

外部环境之间的力学或热相互作用，例如接触、弹性地基、热辐

射等。

(2)主菜单Constraint定义模型各部分之间的约束关

系。

(3)主菜单Connector定义模型中的两点之间或模型与地

面之间的连接单元，用来模拟固定连接、较

接、恒定速度连接、止动装置、内摩擦、失效条件和锁定

装置等。

(4)主菜单Special.—Inertia定义惯量(包括点质量/

惯量、非结构质量和热容)。

⑸主菜单Special.—Crack定义裂纹。

(6)主菜单Special.■—Springs/Dashpots定义模型中的

两点之间或模型与地面之间的弹簧和阻尼器。

⑺主菜单Tool,s常用的菜单项包括Set(集合)、Surface

(面)和Ampl.itude(幅值)等。

接触

接触分析中的关键问题是定义接触属性、接触面和接触关

系。

即使两个实体之间或一个装配件的两个区域之间在空间位

置上是互相接触的，ABAQUS/CAE也不会自动认为它们之间存在

着接触关系，需要使用Interaction模块中的主菜单

Interaction来定义这种接触关系。相互作用与分析步有关，必

须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。

在必要的时候，利用接触管理器激活/不激活接触，以分析

其区别。

在三维模型中可以使用自动约束探测快捷方便地定义接触

和绑定约束。

接触对中的si.avesurface应该是材料较软，网格较细的

面。

接触面之间有微小的距离，定义接触时要设定“人~上攻上

位置误差限度“此误差限度要大于两触面之间的距离，否则

ABAQUS会认为个面没有接触。由于模型中存在数值误差，所以

一般要设置这个位置误差限度(0.02)o

小滑移问题的接触压强总是根据未变形时的接触面积来计

算的，有限滑移问题的接触压强则是根据变化的接触面积来计

算。

如果模型中有塑性材料，或分析过程中会发生很大的位移

或局部变形，或施加载荷后会使接触状态发生很大的变化，则应

设置较小的初始时间增量步。

在对分析步的定义中可以使用下面关键词*CONTACTPRINT将

接触信息输出到DAT文件（ABAQUS/CAE不支持）。CPRESS和

CFN的区别是：CPRESS是从面各个节点上各自的接触压强，而

CFN代表接触面所有节点接触力的合力，它包含四个变量：

CFNM、CFN1、CFN2和CFN3。接触面所有节点在垂直于接触面方

向上接触力的合力称为法向接触力。如果接触面是曲面，就无法

由CFN直接得到法向接触力，这时可以通过各个从面节点的

CPRESS来计算法向接触力

法向接触力;从面上所有节点的CPRESS之和*从面的面积/

从面上的节点数

摩擦力二法向接触力*摩擦系数

利用MSG文件可以查看分析迭代的详细过程，从面节点有

开放和闭合两种接触状态。如果在一次迭代中节点的接触状态发

生了变化，称为“严重不连续迭代（SDI）"o如果分析能够收

敛，每次严重不连续迭代中Cl.OSURES和OPENINGS的数目会逐

渐减少，最终所有从面节点的接触状态都不再发生变化，就进入

平衡迭代，直至收敛。如果Cl.OSURES和OPENINGS的数目逐渐

减少，但最终不断重复出现“0C1.OSURES,1OPENINGS”和

/CLOSURES,OOPENINGS”（此处的数字也可以大于1）,即

所谓“振颤”。如果Cl.OSURES和OPENINGS的数目逐渐减少，

但减小的速度很慢，达到第12次严重不连续迭代后，ABAQUS就

自动减小增量步长，重新开始迭代。如果增大这个最大次数，允

许ABAQUS多进行几次迭代，就有可能达到收敛。操作方法：进

入Step模块，主菜单

OtherfGeneral.Sol.utionControl.sfEdit,选择相应的分析步，

点击Continue,选中Specify,点击TimeIncrementation标签

页，点击第一个More,把Is由默认的12改为适当的值，然后点

击0K。

如果希望在MSG文件中看到更详细的接触分析信息，可以在

Step模块中选择菜单OutputfDiagnosticPrint然后选中

Contacto其相应的关键词是*PRINT,CONTACT=YES)定义主面和

从面的一般规则为：

(1)选取刚度大的面作为主面。这里的“刚度”指材料特

性和结构刚度。解析面或由刚性单元构成的面必须作为主面，从

面则必须是柔体上的面(可以是施加了刚性约束的柔体)。

(2)若两接触面刚度相似，则选取粗糙网格的面作为主

面。

(3)如果能使两接触面的网格节点位置一一对应，则能使

结果更精确。

(4)主面必须是连续的，由节点构成的面不能作为主面。

如果是有限滑移，主面在发生接触的部位必须是光滑的，即不能

有尖角。

（5）若主面在发生接触的部位存在尖锐的凹角或凸角，应

该在此尖角处把主面分为两部分来分别定义，即定义为两个面。

对于有单元构成的主面，ABAQUS会自动进行平滑处理。

（6）若是有限滑移，则在整个分析过程中，都尽量不要让

从面节点落到主面之外（尤其不要落在主面的背面），否则容易

出现收敛问题。

（7）一对接触面的法线方向应该相反，都指向实体的外

部。一般来说，对于三维柔性实体，ABAQUS会自动选择正确的

法线方向，而在使用梁单元、壳单元、膜单元、灯架单元或刚体

单元来定义接触面时，用户往往需要自己制订法线方向，就容易

出现错误。

解决接触分析中的收敛问题：

（1）检查接触关系、边界条件和约束。

（2）消除刚体位移（Numerical.Singul.arity（数值奇

异），有些情况下，还会显示NegativeEigenval.ue（负特征

值）警告信息）。

（3）一般来说，如果从面上有90°的圆角，建议在此圆角

处至少划分10个单元。

（4）如果接触属性为“硬接触”应尽可能使用六面体一阶

单元（C3D8）o如果无法划分六面体单元网格，可以使用修正的

四面体二次单元（C3D10M）o

（5）避免过约束，即节点的某个自由度上同时定义了两个

以上的约束条件。可能造成过约束的因素有：（a）接触：从面

节点会受到沿主面法线方向的约束；（b）边界条件；（c）连接

单元；（d）子模型边界；（e）各种约束。

（6）摩擦系数越大，接触分析就越不容易达到收敛。

约束.

在ABAQUS/CAE的Assembl.y功能模块、1.oad功能模块和

Interaction功能模块中都有“约束”的概念，它们分别有不同

的含义。在Assembl.y功能模块中，主菜单Constraint（约

束）的作用是定义各个实体间的相互位置关系，从而确定它们在

装配件中的初始位置。在Load功能模块中，主菜单BC的作用

是定义边界条件，消除模型的刚体位移。在Interaction功能模

块中，主菜单Constraint（约束）的作用是定义模型各部分的

自由度之间的约束关系，具体包括以下类型。

（1）Tie（绑定约束）模型中的两个面被牢固地粘结在一

起，在分析过程中不再分开。被绑定的两个面可以有不同的几何

形状和网格。

⑵RigidBody（刚体约束）在模型的某个区域和一个参考点

之间建立刚性连接，此区域变为一个刚体，各节点之间的相对位

置在分析过程中保持不变（为整个实体施加刚体约束时，无论实

体的类型是Sol.id、Shel.1.或Wire,都应将刚体约束施加在实

体的单元上，即选择Body（el.ements））。

⑶Displ.ayBody（显示体约束）与RigidBody类似，受到

此约束的实体只用于图形显示，而不参与分析过程。

*刚体约束和显示体约束本质上是一样的，其共同优点是只

要去掉约束，部件就恢复成柔体，可以进行多柔体分析。

（4）Coupl.ing（耦合约束）在模型的某个区域和参考点

之间建立约束。

1）KinematicCoupl.ing（运动耦合）：即在此区域的各节

点与参考点之间建立一种运动上的约束关系。

2）DistributingCoup1.ing（分布耦合）：也是在此区域

的各节点与参考点之间建立一种约束关系，但是对此区域上各节

点的运动进行了加权平均处理，使此区域上受到的合力和合力矩

与施加在参考点上的力和力矩相等效。换言之，分布耦合允许面

上的各部分之间发生相对变形，比运动耦合中的面更柔软。.

（5）Shel.1.-to-Sol.idCoupl.ing（壳体-实心体约束）在板

壳的边和相邻实心体的面之间建立约束。

（6）EmbeddedRegion（嵌入区域约束）模型的一个区域镶

嵌在另一个区域中。

⑺Equation（方程约束）用一个方程来定义几个区域的自

由度之间的相互关系。

•连接

ABAQUS模拟多体系统的基本思路是：使用2节点的连接单

元在模型各部分之间建立连接，并通过定义连接属性来描述各部

分之间的相对运动约束关系。

连接点可以是模型中的参考点、网格实体的节点、几何实

体的顶点或地面。应尽量选择参考点作为连接单元的连接点，而

不要直接使用Sol.id实体的节点，因为具有旋转属性的连接单

元会激活Sol.id实体节点上的旋转自由度，如果这些旋转自由

度没有得到充分的约束，就会造成收敛问题。

连接单元的作用不仅仅是在两个连接点之间施加运动约

束，它还有另外一个重要的作用：度量两个连接点的相对运动、

力和力矩。

在多体分析中，如果连接属性或边界条件选择不正确，很

容易出现过约束。如果ABAQUS无法自动解决过约束问题，则可

能出现以下结果：（1）分析过程无法达到收敛；（2）虽然能够

达到收敛，但出现远远超过正常数量级的刚体位移；（3）虽然

能够达到收敛，位移结果也正确，但某个连接单元反作用力或力

矩远远大于应有的值。出现过约束时，在MSG文件中会显示

OverconstraintCheck和ZeroPivot等警告信息。提示：

ABAQUS/E*pl.icit不会显示ZeroPivot等警告信息，因此在进

行显示分析前，应首先使用ABAQUS/Standard进行分析，确保模

型中没有过约束。

一个正确的多体分析模型应满足如下关系：

实体总数*6=位移边界条件所约束的自由度总数+连接单元

中受约束的相对运动分量总数基准坐标系的原点不一定要在连接

单元的连接点所在的位置上，只要坐标轴的方向正确即可。

・过约束

msg文件中出现zeropivot说明ABAQUS无法自动解决过约

束问题，例如在桩底部的最外一圈节点上即定义了tie,又定义

了contact,出现过约束。解决方法是在选择tie或contact的

si.avesurface时，将类型设为noderegion,然后选择区域时不

要包含这一圈节点。

,建立交互作用特性

4

交互作用是用来建立模型中接触表面或相距很近的表面之

间力学关系的对象。可以建立一系列交互作用特性，它和交互作

用相互独立，每个交互作用都可以被分配到交互作用特性。交互

作用特性共有三种：接触特性(contact)、膜条件特性

(fil.econdition)、激励和传导特性(actuator/sensor)

接触交互作用特性可以是切向接触和法向接触，接触面间

可以是有摩擦、无摩擦和阻尼接触，还可以相互间分离。接触交

互作用特性中通常包含阻尼、热传导、热辐射、摩擦生热等信

息。接触交互作用特性可以被通用接触、面对面接触或自我接触

等交互作用引用。

膜条件交互作用特性定义膜层传热系数为温度的函数。膜

条件特性只能被膜条件交互作用引用。

施加边界条件和荷载

实体单元(sol.idel.ement)只有平动自由度，没有转动自

由度，所以施加边界条件时只需约束起平动自由度即可。对于分

析刚体来说，约束只能施加给分析刚体的参考点。缺省的情况

下，ABAQUS将边界条件传递给其后的每一个分析步。对每一个

分析步中的边界条件可以进行编辑和修改。

指定载荷和边界条件可以随着时间相关的幅值定义变化，

而且幅值定义既可以参考分析步时间也可以参考总时间。默认情

况下，一般静态分析步中使用斜坡幅值曲线(0+1)。在一般分析

步中，载荷必须以总量而不是以增量的形式给定。

，荷载

1)ConcentratedForce：施加在节点或几何实体顶点上的集

中力，表示为力在三个方向上的分量。

2)Moment：施加在节点或几何实体顶点上的弯矩，表示为

力矩在三个方向上的分量。

3)Pressure：单位面积荷载(荷载的方向总是与面或边垂直

正值为压力，负值为拉力)。

4)Shel.l.Edgel.oad：施加在板壳边上的力或弯矩。

5)SurfaceTraction：施加在面上的单位面积荷载，可以是

剪力或任意方向上的力，通过一个向量来描述力的方向。

6)PipePressure：施加在管子内部或外部的压强。

7)BodyForce：单位体积上的体力。

8)1.inel.oad：施加在梁上的单位长度线荷载。

9)Gravity：以固定方向施加在整个模型上的均匀加速度，

例如重力；ABAQUS根据此加速度和材料属性中的密度来计算相

应的荷载。

10)Bol.tl.oad：螺栓或紧固件上的紧固力，或其长度的变

化。

11)General.izedPl.aneStrain：广义平面应变荷载，它施

加在由广义平面应变单元所构成区域的参考点上。

12)Rotational,bodyforce：由于模型的旋转造成的体力，

需要指定角速度或角加速度，以及旋转轴。

13）ConnectorForce：施加在连接单元上的力。

14）ConnectorMoment：施加在连接单元上的弯矩。

15）温度和电场变量

•边界条件

使用主菜中BC可以定义以下类型的边界条件：（约束）对称

/反对称/固支、（施加或约束）位移/转角、速度/角速度、加速度

/角加速度、连接单元位移/速度/加速度、温度、声音压力、孔

隙压力、电势、质量集中。

*SYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴1垂直的平面，

即Ul=UR2=UR3=0；

YSYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴2垂直的平面，

即U2=UR1=UR3=O；

ZSYMM：对称边界条件，对称面为与坐标轴3垂直的平面，

即U3=UR1=UR2=O；

*ASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴1垂直的平

面，即U2=U3=UR1=O；

YASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴2垂直的平

面，BPUl=U3=UR2=0；

ZASYMM：反对称边界条件，对称面为与坐标轴3垂直的平

面，即Ul=U2=UR3=0；

PINNED：约束所有平移自由度，即Ul=U2=U3=0；

ENCASTRE：约束所有自由度（固支边界条件），即

U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=O.

在边界条件中给出的位移值是相对于模型初始状态的绝对

位移值，而不是当前分析步中的增量值。

-场变量和荷载状况

使用主菜单Fiel.d可以定义场变量（包括初始速度场和温

度场变量）。有些场变量与分析步有关，也有些仅仅作用于分析

的开始阶段。使用主菜单LoadCase可以定义荷载状况，荷载状

况由一系列的荷载和边界条件组成，用于静力摄动分析和稳态动

力分析。

6网格划分6

什么是网格？物理部件模型的几何近似，包含许多几何上

简单的节点和单元的离散几何体。

（1）进入单元划分模块后，ABAQUS的颜色代表该模型中不

同区域适合用哪种方法就行单元划分。绿色表示可以采用结构法

划分，黄色表示可以用扫掠法划分，橙色表示该区域不能用缺省

的单元（实体单元缺省的单元为六面体单元he*ahedral.）形状

进行单元划分，必须对该区域进行分解后才能用缺省的单元形状

进行单元划分。当然，可以采用四面体单元(tetrahedral.)利

用自由网格技术对任何形状的模型区域进行单元划分。

・自由划分：可以应用到任意平面和曲面

-结构划分：结构化的网格划分通常给出了对网格的最大的

控制

-扫掠划分：在源面中，相邻面之间的二面角不能和180。

相差太远。

•虚拟拓扑：在某些情况下，装配件的部件实例可能包含

一些小的细节，比如表面和边。虚拟拓扑可以忽略这些不重要的

细节。

如果部件实例中包含虚拟拓扑，那么它只能使用以下单元

通过自由网格技术划分网格：

・自由网格：三角形和四面体单元、用波前法划分的四边

形为四边形为主单元网格

・扫略网格：六面体或者楔形单元

・映射网格：四边形，三角形，或者六面体单元

(2)分解模型(partition)

可以对模型中的边(诃86)、面(face)和体(cel.1.)

进行分解。用来将边、面、体分解成更小部分的点、边、面都成

为模型中的特征体，这些特征体和其他特征体一样可以在特征体

管理器中查看。(如：将一个体分解成两部分需要用一个面将体

切割成两部分，这个面就成了模型中一个新的特征体。)。

有五种分割特征体可以将一个特征体分解：定义切割面

(definecuttingpl.ane)、使用基准平面

(usedatumpl.ane)、延伸平面(e*tendedface)、挤压或旋转

边(e*trude/sweepedges)、N-sidedpatcho

一次分解操作仅仅只是将被分解的对象分解成两部分，并

不能改变被分解对象所在特征体(部件实例)的整体性。不能对

刚体进行单元划分。

(3)设置网格种子

选择Seedpart或SeedEdge

-设置全局种子

-设置边上的种子

边上的种子无约束圆圈

边上的种子受部分约束三角形

边上的种子受完全约束方形

对于可以用扫掠方法进行网格划分的区域，边的网格种子

从选定的边到匹配边自动传播，由分区创建的新边自动继承总体

网格种子。

（4）单元划分控制

在Assignmeshcontrol.中指定单元划分方法（结构划分法

（51皿教口牌4）、自由划分法free）、扫掠法（sweep）等

等）。操作的对象是被分解后的边、面、和体，可以对同一实例

（装配模型的特征体）分解后产生的不同边、面、体分别采用不

同的单元划分方法，指定不同的单元类型。

在Assignel.ementtype中指定单元类型（六面体单元、四

面体单元等等），选择单元库（standard、e*pl.icit）、确定

线性单元（Linear）或者二次单元（quadratic）、确定这两种

单元的特性：杂交元（hybridformul.ation）、缩减积分

（reducedintegration）、非协调单元模式

（incompatibl.emodes）。

1）单元形状二维问题a）Quad：网格中完全使用四边形单

o

b）Quad-dominated：网格中主要使用四边形单元，但在过

渡区域允许出现三角形单元，更容易实现从粗网格向细网格过

渡。

c）Tri：网格中完全使用三角形单元。

三维问题

a）He*：网格中完全使用六面体单元。

b）He*-dominated：网格中主要使用六面体单元，但在过

渡区域允许出现锲形（三棱柱）单元。

c）Tet网格中完全使用四面体单元。

d）Wedge：网格中完全使用楔形单元。

Quad单元（二维）和He*单元（三维）可以用较小的计算

代价得到较高的精度。自由网格采用Tri单元（二维）和Tet单

元（三维），一般应选择带内部节点的二次单元来保证精度。结

构化网格和扫掠网格一般采用quad单元（二维单元）和he*单

元（三维），分析精度较高，因此在划分单元时选择后两种。

2）三维实体单元类型a）节点数目和插值阶数

-线性（Linear）单元又称一阶单元，仅在单元的角点处

布置节点，在各方向都采用线性插值；

-二次（quadratic）单元又称二阶单元，在每条边上有中

间节点，采用二次插值；

-修正的（modified）二次单元只有Tri或Tet单元才有这

种类型，即在每条边上有中间节点，并采用修正的二次插值

b）连续体单元

ABAQUS/Standard的连续体单元库包括二维和三维的线性单

元和二次单元，分别可以采用完全积分或减缩积分，另外还有修

正的二次Tri和Tet单元，以及非协调模式单元和杂交单元。

ABAQUS/E*pl.icit的连续体单元库包括二维和三维的线性

减缩积分单元，以及修正的二次Tri和Tet单元。

ABAQUS/E*pl.icit中没有二次完全积分的连续体单元。

c）线性完全积分（1.inearful.1.-integration）单元

保持默认的1.inear参数，取消对Reducedintegration

（减缩积分）的选择，例如CPS4单元（4节点四边形双线形平

面应力完全积分单元）和C3D8单元（8节点六面体线性完全积

分单元）。所谓“完全积分”是指当单元具有规则形状时，所用

的离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。承受弯曲荷载时，线性完全积分单元会出现剪切自锁

（shearl.ocking）问题，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。

d）二次完全积分（quadratic-ful.1.-integration）单元

在El.ementType对话框选择Quadratic参数，取消对

Reducedintegration的选择，例如CPS8（8节点四边形二次平

面应力完全积分单元）和C3D20（20节点六面体二次完全积分单

元）。

二次完全积分单元的优点如下。

-对应力的计算结果很精确，适于模拟应力集中问题;

-一般情况下没有剪切自锁。

但使用这种单元时要注意以下问题

-不能用于接触分析；

-对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的（例如金属材

料），则容易产生体积自锁（vol.umetric

1.ocking）；

-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。

e）线性减缩积分（1.inearreduced-integration）单元

对于Quad单元和He*单元ABAQUS/CAE默认的单元类型是线

性减缩积分单元，例如CPS4R（4节点四边形双线形平面应力减

缩积分单元）和C3D8R（8节点六面体线性减缩积分单元）。减

缩积分单元比通常的完全积分单元在每个方向少用一个积分点。

线性减缩积分单元只在单元的中心有一个积分点，由于存在所谓

“沙漏”（hourgl.ass）数值问题而过于柔软。ABAQUS在线性

减缩积分单元中引入了“沙漏刚度”以限制沙漏模式的扩展。模

型中的单元越多，这种刚度对沙漏模式的限制越有效。可以选择

沙漏控制参数为

Enhanced,Rei.a*Stiffness,Stiffness,Viscous或combinedo

采用线性减缩积分单元模拟承受弯曲荷载的结构时，沿厚度方向

上至少应划分四个单元。

线性缩减积分单元有以下优点：

-对位移的求解结果较精确。

-网格存在扭曲变形时（例如Quad单元的角度远远大于或

小于90°），分析精度不会受到大的影响。

-在弯曲荷载下不容易发生剪切自锁。

其缺点如下：

-需要划分较细的网格来克服沙漏问题。

-如果希望以应力集中部位的节点应力作为分析指标，则尽

量不要使用线性减缩积分单元，而应使用二次单元，因为线性缩

减积分单元只在单元的中心有一个积分点，相当于常应力单元，

它在积分点上的应力结果是相对精确的，而经过外插值和平均后

得到的节点应力则不精确。如果在应力集中部位进行了网格细

化，使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到的应力结果

相差不大，而二次减缩积分单元的计算时间相对较短。

Note：在查看模型的应力结果时有两种选择：

-查看节点上的应力：这是通常用的方法，其优点是简单方

便，但事实上，后处理中得到的节点应力是对单元积分点上的应

力进行外插值和平均后得到的并不精确;

-查看单元积分点上的应力：这是ABAQUS所推荐的方法。

线性缩减积分单元只有一个积分点，可以很方便地查看积分点上

的分析结果，但其他类型的单元有多个积分点，就需要详细了解

节点的编号顺序，并根据模型的实际情况来决定查看哪个积分

点，这一过程很烦琐。另外要注意，单元积分点上的应力值往往

不是应力集中区域的最大应力。

（用户可以自己在上述两种方法中做出选择，需要注意的

是，如果希望查看节点上的应力，就尽量不要使用线性缩减积分

单元；如果使用了线性缩减积分单元，就应该查看单元积分点上

的分析结果，并且要在应力变化剧烈的部位划分足够细的网格。

如果外推应力值与积分点应力值差别很大，说明单元间应力变化

剧烈，单元网格过于粗糙，计算的应力不够精确。这种外推应力

误差会因为单元网格细化而减小，但总是存在。所以在使用单元

变量的节点值时要谨慎。默认的应力不变量的计算方法是

computerscal.arsbeforeaveraging（先不变量再平均）,得到

的节点应力偏大，作为工程分析的结果会更安全；也可以在

resul.toptions中设置为computerscal.arsafteraveraging

（先平均再不变量），得到的节点应力偏小。事实上只有单元积

分点上的应力结果是相对精确的，一般在所关心的高应力部位细

化网格，使用默认设置即可。更广义地说，有限元作为一种数值

计算方法，其本身就是不精确的。

f)二次缩减积分(quadratic-reduced-integration)单

元

对于Quad单元或He*单元，可以在El.ementType对话框中

将单元类型设置为二次减缩积分单元，如CPS8R（8节点四边形

二次平面应力减缩积分单元）和C3D20R（20节点六面体二次缩

减积分中元），这种单元不但保待了前面介绍的线性缩减积分单

元的优点，而且还具有以下特性：

-即使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

但使用这种单元时需要注意以下问题：

-不能在接触分析中使用

・不适于大应变问题

-存在与线性减缩积分单元相类似的问题，由于积分点少，

得到的节点应力的精度往往低于二次完全积分单元。

g）非协调模式（incompatibl.emodes）单元

对于Quad单元或He*单元，可以在El.ementType对话框中

将单元类型设为非协调模式单元。例如CPS4（4节点四边形双线

形平曲应力非协调单元）和C3D8I（8节点六面体线性非协调模

式单元）。仅在

ABAQUS/Standard中有非协调模式单元。其目的是克服在线

性完全积分单元中的剪切自锁问题。

非协调摸式单元的优点如下：

-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；

-在弯曲问题中，在厚度方向上只需很少的单元，就可以得

到与二次单元相当的结果，而计算成本却明显降低；

-使用了增强变形梯度的非协调模式，单元交界处不会重叠

和开洞，因此很容易扩展到非线性、有限应变的位移。

但使用这种单元时需注意，如果所关心部位的单元扭曲比

较大，尤其是出现交错扭曲时，分析精度会降低。

h)Tri单元和Tet单元

使用Tri单元和Tet单元时应注意以下问题：

­线性Tri单元和Tet单元的精度很差，所以不要在模型

中所关心的部位及其附近区域使用。

-二次Tri单元和Trt单元精度较高，而且能模拟任意的几

何形状，但计算代价比Quad单元或He*单元大，因此如果模型

中能够使用Quad单元或He*单元，尽量不要使用Tri单元或Trt

单元。

•二次Trt单元（C3D10）适于ABAQUS/standard中的小位

移无接触问题;修正的二次Tet单元（C3D10M）适于

ABAQUS/E*pl.icit,以及ABAQUS/standard中的大变形和接触问

题。

-使用自由网格不易通过布置种子来控制实体内部的单元大

小。

i）杂交（hybrid）单元

在ABAQUS/standard中，每一种实体单元（包括所有缩减

积分和非协调模式单元）都有其相应的杂交单元，用于不可压缩

材料（泊松比为0.5）或近似不可压缩材料（泊松比大于

0.475）,橡胶就是一种典型的不可压缩材料。除了平面应力问题

之外，不能用普通单元来模拟不可压缩材料的响应，因为此时单

元中的压应力是不确定的。杂交单元在它的名字中含有字母H。

ABAQUS/E*pl.icit中没有杂交单元。j）混合使用不同类型的单

元

当三维实体几何形状较复杂时，无法在整个实体上使用结

构化网格或扫掠网格划分技术，得到He*单元网格，这时一种常

用的做法是对于实体不重要的部分使用自由网格划分技术，生成

Tet单元网格，而对于所关心的部分采用结构化网格或扫掠网格

生成He*单元网格，在生成这样的网格时，ABAQUS会给出提示将

生成非协调的网格，在不同单元类型的交界处将自动创建绑定

(tie)约束。

需要注意的是，在不同单元类型网格的交界处.，即使单元

角部节点是重合的，仍然有可能出现不连续的应力场，而且在交

界处的应力可能大幅度地增大。如果在实体中混合使用线性和二

次单元，也会出现类似的问题。因此在混合使用不同类型的单元

时，应确保其交界处远离所关心的区域，并仔细检查分析结果是

否正确。

对于无法完全采用He*单元网格的实体，还可以使用以下方

法：

-对整个实体划分Tet单元网格，使用二次单元C3D10或修

正的二次单元C3D10M,同样可以达到所需的精度，只是计算时间

较长。

・改变实体中不重要部位的几何形状，然后对整个实体采

用He*单元网格。

k)选择三维实体单元类型的基本原则

-对于三维区域，尽可能采用结构化网格划分技术或扫掠网

格划分技术，从而得到He*单元网格，减小计算代价，提高计算

精度。当几何形状复杂时，也可以在不重要的区域使用少量楔形

(Wedge)单元。

-如果使用了自由网格划分技术，Tet单元的类型应选择二

次单元。在ABAQUS/E*pl.icit中应选择修正的Tet单元

C3D10M,在,ABAQUS/Standard中可以选择C3D10,但如果有大的

塑性变形，或模型中存在接触，而且使用的是默认的“硬”接触

关系，则也应选择修正的Tet单元C3D10M。

-ABAQUS的所有单元均可用于动态分析，选取单元的一般原

则与静力分析相同。但在使用ABAQUS/E*pl.icit模拟冲击或爆

炸荷载时，应选用线性单元，因为它们具有集中质量公式，模拟

应力波的效果优于二次单元所采用的一致质量公式。

如果使用的求解器是ABAQUS/Standard,在选择单元类型时

还应注意以下方面：

-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。如果在应力集中部位进行了网格细

化，使用二次减缩积分单元与二次完全积分单元得到的应力结果

相差不大，而二次减缩积分单元的计算时间相对较短。

-对于弹塑性分析，如果材料是不可压缩性的（例如金属材

料），则不能使用二次完全积分单元（C3D20）,否则会出现体

积自锁问题，也不要使用二次Tri单元或Tet单元。推荐使用的

是修正的二次Tri单元或Tet单元（C3D10M）、非协调单元

（C3D8I）,以及线性减缩积分单元（C3D8R）。如果使用二次减

缩积分单元，当应变超过20240%时要划分足够密的网格。

•塑性材料和接触面上都不能用C3D20R和C3D20单元，这

可能是你收敛问题的主要原因。如果需要得到应力，可以使用

C3D8I（在所关心的部位要让单元角度尽量近90度），如果只关

心应变和位移，可以使用C3D8R,几何形状复杂时，可以使用

C3D10Mo

-如果模型中存在接触或大的扭曲变形，则应使用线性Quad

或He*单元，以及修正的二次Tri单元或Tet单元，而不能使用

其他的二次单元。

-对于以弯曲为主的问题，如果能够保证在所关心部位的单

元扭曲较小，使用非协调单元（例如C3D8I单元）可以得到非常

精确的结果。

-除了平面应力问题之外，如果材料是完全不可压缩的（例

如橡胶材料），则应使用杂交单元；在某些情况下，对于近似不

可压缩材料也应使用杂交单元。

3）选择壳单元的类型

如果一个薄壁构件的厚度远小于其典型整体结构尺寸（一

般为小于1/10）,并且可以忽略厚度方向的应力，就可以用壳

单元来模拟此结构。壳体问题可以分为两类：薄壳问题忽略横向

剪切变形）和厚壳问题（考虑横向剪切变形）。对于单一各向同

性材料，一般当厚度和跨度的比值小于1/15时，可以认为是薄

壳；大于1/15时，则可以认为是厚壳。对于复合材料，这个比

值需要更小一些。

ABAQUS的壳单元可以有多种分类方法，按照薄壳和厚壳可

划分为：

-通用目的(general,-purpose)壳单元：此类单元对薄壳

和厚壳问题均有效。

•特殊用途(special,-purpose)壳单元：包括纯薄壳

(thin-onl.y)单元和纯厚壳(thick-onl.y)单元。

根据单元的定义方式，还可以将ABAQUS壳单元划分为：

-常规(conventional.)壳单元：通过定义单元的平面尺

寸、表面法向和初始曲率来对参考面进行离散，只能在截面属性

中定义壳的厚度，而不能通过节点来定义壳的厚度。

•连续体(continuum)壳单元：类似于三维实体单元，对

整个三维结构进行离散。

选择壳单元的类型时可以遵循以下原则：

•对于薄壳问题，常规壳单元的性能优于连续体壳单元；

而对于接触问题，连续体壳单元的计算结果更加精确，因为它能

在双面接触中考虑厚度的变化。

-如果需要考虑薄膜模式或弯曲模式的沙漏问题，或模型中

有面内弯曲，在ABAQUS/Standard中使用S4单元(4节点四边

形有限薄膜应变线性完全积分壳单元)可以获得很高的精度。

・S4R单元（4节点四边形有限薄膜应变线性减缩积分壳单

元）性能稳定，适用范围很广。

-S3/S3R单元（3节点三角形有限薄膜应变线性壳单元）可

以作为通用壳单元使用。由于单元中的常应变近似，需要划分较

细的网格来模拟弯曲变形或高应变梯度。

•对于复合材料，为模拟剪切变形的影响，应使用适于厚

壳的单元（例如S4、S4R、S3、S3R、S8R）,并要注意检查截面

是否保持平面。

•四边形或三角形的二次壳单元对剪切自锁或薄膜自锁都

不敏感，适用于一般的小应变薄壳。

-在接触模拟中，如果必须使用二次单元，不要选择STRI65

单元（三角形二次壳单元），而应使用S9R5单元（9节点四边

形壳单元）。

-如果模型规模很大且只表现几何线性，使用S4R5单元

（线性薄壳单元）比通用壳单元更节约计算成本。

・在ABAQUS/E*pl.icit中，如果包含任意大转动和小薄膜

应变，应选用小薄膜应变单元。

4）选择梁单元的类型

如果一个构件横截面的尺寸远小于其轴向尺度（一般的判

据为小于1/10）,并且沿长度方向的应力是最重要的因素，就可

以用梁单元来模拟此结构。ABAQUS中的所有梁单元都是梁柱类

单元，即可以产生轴向变形、弯曲变形和扭转变形。Timoshenko

梁单元还考虑了横向剪切变形的影响。B21和B31单元（线性梁

单元）以及B22和B32单元（二次梁单元）是考虑剪切变形的

Timoshenko梁单元，它们既适用于模拟剪切变形起重要作用的

深梁，又适用于模拟剪切变形不太重要的细长梁。这些单元的横

截面特性与厚壳单元的横截面特性相同。

ABAQUS/Standard中的三次单元B23和B33被称为Eul.er-

Bernoul.Li梁单元，它们不能模拟剪切变形，但适合于模拟细

长的构件（横截面的尺寸小于轴向尺度的1/10）。由于三次单

元可以模拟沿长度方向的三阶变量，所以只需划分很少的单元就

可以得到很精确的结果。

选择梁单元的类型可以遵循以下原则。

-在任何包含接触的问题中，应使用B21或