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求解abaqus中各个单元类型的区别，比如S4R是什么的单元类型，有何优缺点..

2024-11-29 23:48:52

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回答1：

Abaqus 中的S4R单元是一种通用的壳单元类型，适应性很好，既可以用于厚壳问题的模拟，也可以用于薄壳问题的模拟。关于它的英文描述翻译，可以翻译为“四节点曲壳单元，可用于薄壳或厚壳结构建模，采用减缩积分方式，包含沙漏模式控制，容许有限薄膜应变。”这里出现了好几个专有名词，看楼主是新手（其实我也是，呵呵）就简单解释一下吧。

薄壁壳与厚壁壳。

壳体问题一般可以归结为薄壳问题和厚壳问题。二者的区别之处在于薄壳问题假设壳体横向（厚度方向）剪切变形量很小，可以忽略不计。而后可认为横向剪切变形对计算结果有重要影响。对于由但一个向同性材料组成的壳体，当厚度与跨度比值大于1/15时可以认为是厚壳，小于此值时可以认为是薄壳。当然，这只是一个经验性的判断公式，如果自己也不明白要研究的问题是应该当成厚壳抑或薄壳处理，最好是采用不同方法建模多尝试几次。
曲壳单元大概是指它可以模拟曲面的壳体，这个不重要。
减缩积分。

减缩积分是相对于完全积分来说的，完全积分的含义是，当单元具有规则形状时，在数值积分过程中采用的高斯积分点数目能够对单元刚度矩阵中的插值多项式进行精确积分。“规则形状”是指单元的边相交成直角，且中间节点位于边的中点。完全积分的线性单元在每个方向上有2个积分点，二次单元在每个方向上有3个积分点。在承受弯曲载荷作用时，完全积分单元容易产生剪切闭锁现象，造成单元过硬，导致即使划分很细的网格，计算精度仍然很差，因此，缩减积分单元应运而生。

减缩积分单元比完全积分单元在每个方向上少使用一个积分点，因此成为减缩积分。减缩积分可以消除前面所说的剪切闭锁问题，而且对计算结果精度影响不大。但减缩积分单元也有自己的缺点，即它只在单元中心有一个积分点，相当于常应力单元，它在积分点上的计算结果是精确的，而经过插值平均后得到的节点应力则不精确，如果要精确计算应力集中部位的节点应力，还是使用完全积分单元比较好。另外，沙漏模式也是使用减缩积分单元特有的问题。
沙漏模式（hourglass）及其控制。

沙漏模式主要出现在线性减缩积分单元的应力/位移场分析中。线性单元本身的积分点数就比较少，使用减缩积分时各个方向上的积分点数又减少一个，因此可能出现没有刚度的零能模式，即所说的“沙漏模式”。如果网格较粗，这种零能模式就有可能通过网格扩散出去，使计算结果变得没有意义。因此，线性缩减积分单元在使用时必须对沙漏模式的出现进行控制，abaqus中的一阶（线性）缩减积分单元都引入了控制沙漏模式的“沙漏刚度”，但使用时也需要进行细致的网格划分。
有限薄膜应变

楼主不要被“有限”两个字误导了，“有限应变”是相对于“小应变”来说的，其实有限应变一点都不有限，它可以适用于应变很大的算例。如果单元后面跟个S，比如S4RS单元，这就是小应变单元，只能适用于小应变情形的算例。

相信看到这里，楼主头也该晕了，abaqus里的单元各有各的特性，也各有各的问题，需要使用过程中不断地总结。如果看英文的帮助有问题，不妨买几本中文参考书看看。欢迎追加分数哈，~\(≧▽≦)/~啦啦啦

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