abaqus第三讲：应用壳单元.ppt

Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司第三讲应用壳单元王慎平北京怡格明思工程技术有限公司 Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司 1 应用壳单元可以模拟结构,该结构一个方向的尺度(厚度)远小于其它方向的尺度, 并忽略沿厚度方向的应力。例如,压力容器结构的壁厚小于典型整体结构尺寸的 1/10 ,一般就可以用壳单元进行模拟。以下尺寸可以作为典型整体结构的尺寸: 支撑点之间的距离。加强件之间的距离或截面厚度有很大变化部分之间的距离。曲率半径。所关注的最高阶振动模态的波长。 ABAQUS 壳单元假设垂直于壳面的横截面保持为平面。不要误解为在壳单元中也要求厚度必须小于单元尺寸的 1/10 ,高度精细的网格可能包含厚度尺寸大于平面内尺寸的壳单元(尽管一般不推荐这样做),实体单元可能更适合这种情况。在 ABAQUS 中具有两种壳单元:常规的壳单元和基于连续体的壳单元。通过定义单元的平面尺寸、表面法向和初始曲率,常规的壳单元对参考面进行离散。但是, 常规壳单元的节点不能定义壳的厚度;通过截面性质定义壳的厚度。另一方面,基于连续体的壳单元类似于三维实体单元,它们对整个三维物体进行离散和建立数学描述,其动力学和本构行为是类似于常规壳单元的。对于模拟接触问题,基于连续体的壳单元与常规的壳单元相比更加精确,因为它可以在双面接触中考虑厚度的变化。然而,对于薄壳问题,常规的壳单元提供更优良的性能。 Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司壳体厚度和截面点( section points ) 需要用壳体的厚度来描述壳体的横截面,必须对它进行定义。除了定义壳体厚度之外, 无论是在分析过程中或者是在分析开始时,都可以得到横截面的刚度。如果你选择在分析过程中计算刚度, ABAQUS 采用数值积分法沿厚度方向的每一个截面点( section points )(积分点)独立地计算应力和应变值,这样就允许了非线性的材料行为。例如,弹塑性材料的壳在内部截面点还保持弹性时,其外部截面点可能已经达到了屈服。在 S4R (4节点、减缩积分)单元中唯一的积分点的位置和沿壳厚度上截面点的分布如图所示: 在数值积分壳中截面点的分布 Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司 1 当在分析过程中积分单元特性时,可指定壳厚度方向的截面点数目为任意奇数。对性质均匀的壳单元, ABAQUS 默认在厚度方向上取 5个截面点,对于大多数非线性设计问题这是足够了。但是,对于一些复杂的模拟必须采用更多的截面点, 尤其是当预测会出现反向的塑性弯曲时(在这种情况下一般采用 9个截面点是足够了)。对于线性问题, 3个截面点已经提供了沿厚度方向的精确积分。当然, 对于线弹性材料壳,选择在分析开始时计算材料刚度更为有效。如果选择仅在模拟开始时计算横截面刚度,材料行为必须是线弹性的。在这种情况下,所有的计算都是以整个横截面上的合力和合力矩的形式进行。如果需要输出应力或应变,在壳底面、中面和顶面, ABAQUS 提供了默认的输出值。 Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司壳法线和壳面壳单元的连接