abaqus单元选择

abaqus单元选择（推荐6篇）

abaqus单元选择 篇1

1、单元表征

单元族：单元名字里开始的字母标志着这种单元属于哪一个单元族。C3D8I是实体单元； S4R是壳单元； CINPE4是无限元； 梁单元； 刚体单元； 膜单元；

特殊目的单元，例如弹簧，粘壶和质量； 桁架单元。

自由度dof（和单元族直接相关）：每一节点处的平动和转动 1 1方向的平动 2 2方向的平动 3 3方向的平动 4 绕1轴的转动 5 绕2轴的转动 6 绕3轴的转动 开口截面梁单元的翘曲 8 声压或孔隙压力 9 电势 度（或物质扩散分析中归一化浓度）12＋梁和壳厚度上其它点的温度 轴对称单元 r方向的平动 2 z方向的平动 6 r-z方向的转动

节点数：决定单元插值的阶数

数学描述：定义单元行为的数学理论

积分：应用数值方法在每一单元的体积上对不同的变量进行积分。大部分单元采用高斯积分方法计算单元内每一高斯点处的材料响应。单元末尾用字母“R”识别减缩积分单元，否则是全积分单元。

ABAQUS拥有广泛适用于结构应用的庞大单元库。单元类型的选择对模拟计算的精度和效率有重大的影响；

节点的有效自由度依赖于此节点所在的单元类型；

单元的名字完整地标明了单元族、单元的数学描述、节点数及积分类型； 所用的单元都必须指定单元性质选项。单元性质选项不仅用来提供定义单元几何形状的附加数据，而且用来识别相关的材料性质定义；

对于实体单元，ABAQUS参考整体笛卡尔坐标系来定义单元的输出变量，如应力和应变。可以用*ORIENTATION选项将整体坐标系改为局部坐标系；

对于三维壳单元，ABAQUS参考建立在壳表面上的一个坐标系来定义单元的输出变量。可以用*ORIENTATION选项更改这个参考坐标系。2．实体单元(C)实体单元可在其任何表面与其他单元连接起来。C3D:三维单元

CAX:无扭曲轴对称单元，模拟3600的环，用于分析受轴对称载荷作用，具有轴对称几何形状的结构；

CPE:平面应变单元，假定离面应变ε33为零，用力模拟厚结构； CPS:平面应力单元，假定离面应力σ33为零，用力模拟薄结构； 广义平面应变单元包括附加的推广：离面应变可以随着模型平面内的位置线性变化。这种数学描述特别适合于厚截面的热应力分析。

可以扭曲的轴对称单元：用来模拟初始时为轴对称的几何形状，且能沿对称轴发生扭曲。这些单元对于模拟圆柱形结构，例如轴对称橡胶套管的扭转很有用。

反对称单元的轴对称单元：用来模拟初始为轴对称几何形状的反对称变形。适合于模拟像承受剪切载荷作用的轴对称橡胶支座一类的问题。

如果不需要模拟非常大的应变或进行一个复杂的，改变接触条件的问题，则应采用二次减缩积分单元（CAX8R,CPE8R,CPS8R,C3D20R）

如果存在应力集中，则应在局部采用二次完全积分单元（CAX8,CPE8,CPS8,C3D20等）。

对含有非常大的网格扭曲模拟（大应变分析），采用细网格划分的线性减缩积分单元（CAX4R,CPE4R,CPS4R,C3D8R等）

对接触问题采用线性减缩积分单元或非协调元（CAX4I,CPE4I,CPS4I, C3D8I）的细网格划分。

如果在模型中采用非协调元应使网格扭曲减至最小。三维情况应尽可能采用块状单元（六面体）。当几何形状复杂时，完全采用块体单元构造网格会很困难，因此可能有必要采用稧形和四面体单元，但尽量少用，并远离需要精确求解的区域。

一些前处理程序包括网格划分方法，它们可用四面体单元构造任意形状的网格。只要采用二次四面体单元（C3D10），其结果对小位移问题应该是合理的。

小结：

在实体单元中所用的数学公式和积分阶数对分析的精度和花费有显著的影响；

使用完全积分单元，尤其是一阶（线性）单元，容易形成自锁现象，正常情况不用；

一阶减缩积分单元容易出现沙漏现象；充分的单元细化可减小这种问题； 在分析中如有弯曲位移，且采用一阶减缩积分单元时，应在厚度方向至少用4个单元；

沙漏现象在二阶减缩积分单元中较少见，一般问题应考虑应用这些单元； 非协调单元的精度依赖于单元扭曲的量值；

结果的数值精度依赖于所用的网格，应进行网格细化研究以确保该网格对问题提供了唯一的解答。但是应记住使用一个收敛网格不能保证计算结果与问题的实际行为相匹配：它还依赖于模型其他方面的近似化和理想化程度；

通常只在想要得到精确结果的区域细划网格； ABAQUS具有一些先进特点如子模型，它可以帮助对复杂模拟得到有用的结果。

3．壳单元(S)可以模拟有一维尺寸（厚度）远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略的结构。

一般壳单元：S4R,S3R,SAX1,SAX2,SAX2T。对于薄壳和厚壳问题的应用均有效，且考虑了有限薄膜应变；

薄壳单元：STRI3,STRI35,STRI65,S4R5,S8R5,S9R5,SAXA。强化了基尔霍夫条件，即：垂直于壳中截面的平面保持垂直于中截面；

厚壳单元：S8R,S8RT。二阶四边形单元，在小应变和载荷使计算结果沿壳的跨度方向上平缓变化的情况下，比普通单元产生的结果更精确；

对于给定的应用，判断是属于薄壳还是厚壳问题，一般：如果单一材料制造的各向同性壳体的厚度和跨度之比在1/20－1/10之间，认为是厚壳问题；如果比值小于1/30，则认为是薄壳问题；若介于1/30－1/20之间，则不能明确划分。由于横向剪切柔度在复合材料层合壳结构中作用显著，故比值（厚跨比）将远小于“薄”壳理论中采用的比值。具有高柔韧中间层的复合材料（“三明治”复合材料）有很低的横向剪切刚度并且几乎总是被用来模拟“厚”壳；

横向剪切力和剪切应变存在于普通壳单元和厚壳单元中。对于三维单元，提供了可估计的横向剪切应力。计算这些应力时忽略了弯曲和扭转变形的耦合作用，并假定材料性质和弯曲力矩的空间梯度很小；

壳单元可以使用每个单元的局部材料方向，各项异型材料的数据，如纤维增强复合材料，以及单元输出变量，如应力和应变，都按局部材料方向而定义。在大位移分析中，壳单元上的局部材料轴随着材料各积分点上的平均运动而转动；

线性、有限薄膜应变、四边形壳单元（S4R）是较完备的而且适合于普通范围的应用；

线性、有限薄膜应变、三角形壳单元（S3R）可作为通用的壳单元来应用。由于在单元内部近似为应变场，精细的网格划分可用于求解弯曲变形和高应变梯度；

考虑到在复合材料层合壳模型中剪切柔度的影响，将采用“厚”壳单元（S4R,S3R,S8R）

四边形或三角形的二次壳单元，用于一般的小变形薄壳是很有效的。它们对剪力自锁和薄膜锁死是不敏感的；

在接触模拟中不用选用二阶三角形壳单元（STRI65），要采用9节点的四边形壳单元（S9R5）;对于仅经历几何线性行为的非常大的模型，线性、薄壳单元（S4R5）一般将比通用壳单元花费更少；

小结：

壳单元的横截面特性可以由沿厚度方向的数值积分确定（*SHELL SECTION），或在分析开始时应用计算的横截面刚度（*SHELL GENERAL SECTION）；

*SHELL GENERAL SECTION是非常有效的，但仅用于线性材料，*SHELL SECTION可用于线性和非线性材料；

数值积分在沿壳厚度方向的一系列积分点上进行。这些积分点就是单元变量可以被输出的位置。最外层的积分点位于壳单元的表面。

壳单元法线方向决定了单元的正和负表面，为了正确地定义接触和解释输出数据，必须知道其对应的是哪个面。壳法线还定义了施加在单元上正压力载荷的方向，并可以在ABAQUS/Post中画出；

壳单元利用材料方向局部化到每个单元。在大位移分析中，局部材料轴随单元而转动。*ORIENTATION被用来定义非默认的局部坐标系统。单元的变量，如应力和应变，在局部方向输出；

*TRANSFORM定义节点的局部坐标系，集中载荷和边界条件被应用在局部坐标系中。所用节点的输出，如位移，也默认为基于局部的坐标系；

矢量图可以使模拟结果可视化，特别是用来观察结构的运动和载荷路径。

4.梁单元（B）

模拟一维尺寸（长度）远大于另外二维尺寸的构件，且只有长度方向上的应力比较显著。

对于包含接触的任何模拟，应使用一阶、剪切变形的梁单元（B21,B31）如果结构刚度非常大或者非常柔软，在几何非线性模拟中应当使用杂交梁单元（B21H,B32H,等）

使用欧拉－伯努利（三次）梁单元（B23,B33）精度很高，可模拟承受分布载荷作用的梁，例如动态振动分析。如果横向剪切变形也很重要，要使用铁摩辛柯（二次型）梁单元（B22,B32）

模拟有开口薄壁横截面的结构，应当使用考虑了开口截面翘曲理论的梁单元（B31OS,B32OS）

小结：

梁单元的性质由截面（*BEAM SECTION或*BEAM GENERAL SECTION）的数值积分决定，或直接给出截面积、惯性矩和扭转常数（*BEAM GENERAL SECTION）；

当使用*BEAM GENERAL SECTION选项时，模拟开始时进行一次数值积分，并且假定材料是弹性的；

ABAQUS包括大量的标准横截面形状。其它形状可以通过定义SECTION=ARBITRARY来模拟；

必须定义横截面取向，方法是通过给出第三个节点，或者在单元性质定义中定义一个矢量。截面取向在ABAQUS后处理中可以画出；

当梁作为壳的加强构件使用时，梁的横截面可能偏离节点；

线性和二次型包含剪切变形的影响，三次型梁不考虑剪切柔度。开口截面梁准确地模拟了扭转和薄壁开口截面翘曲（包括翘曲约束）的影响；

多点约束和约束方程可以用来连接模型中铰接、刚性连接等节点的自由度；

“弯矩”型图使得像梁这样的一维单元的结果很清楚地表示出来； ABAQUS后处理图的硬拷贝可以得到PostScript和HPGL的格式。

5．桁架单元（T）

只能承受拉伸和压缩载荷的杆，不能承受弯曲，模拟铰接框架结构，近似模拟线缆和弹簧。

6．刚体单元（R）

没有独立的自由度。7．非线性分析

小结：

结构问题中存在着三种非线性来源：材料、几何和边界（接触）。这些因素的任意组合都可以出现在ABAQUS的分析中；

几何非线性发生在位移量值影响结构响应的情况下。这包括大位移和转动效应、突然翻转和载荷硬化；

非线性问题是利用牛顿－拉弗森方法来进行迭代求解的。非线性问题比线性问题所需要的计算机资源要高许多倍；

非线性分析步被分为许多增量步。ABAQUS通过迭代，在新的载荷增量结束时近似地达到静力学平衡。ABAQUS在整个模拟计算中完全控制载荷的增量和收敛性；

状态文件允许在分析运行时监控分析过程的进展。信息文件包含了载荷增量和迭代过程的详细信息；

在每个增量步结束时可以保存计算结果，这样结构响应的演化就可以用ABAQUS/Post显示出来。计算结果也可以用x-y图的形式绘出。

8．材料

小结：

ABAQUS包含一个广泛的材料库，可模拟各种工程材料的性质。其中包括金属塑性和橡胶弹性模型；

金属塑性模型的应力－应变数据必须用真实应变定义； 金属塑性模型假定材料具有一旦屈服即不可压缩的性质。这将对应用于弹－塑性模拟的单元类型带来某些限制；

多项式和奥根应变能函数可应用于橡胶材料的弹性（超弹性）。两种模型均允许直接用实验数据来确定材料的系数。实验数据必须是名义应力和名义应变的值；

在超弹性材料模型中的稳定性警告，说明所要分析的应变范围不合适； 存在对称性时，可以只考虑部分模型从而减小模拟的尺寸。可通过施加适当的边界条件来反映结构其余部分的效应；

大畸变问题的网格设计比小位移问题更加困难。在分析的任何阶段，网格中的单元务必不能过于畸变；

ABAQUS/Post中的*DEFINE CURVE命令允许处理曲线上的数据以生成新的曲线。两条曲线或一条曲线与一个常数可以加、减、乘、除。曲线还可以求导、积分和合并。

9．动态问题

具有下列特征的问题适于采用线性瞬态动力学分析：

系统是线性的：线性材料行为，无接触条件，无非线性的几何效应； 响应只受较少的频率支配。当响应中各频率成分增加时，例如撞击和冲击情况，振型叠加方法的效果将大大降低；

载荷的主要频率在可得到的固有频率范围内，以确保对载荷的描述足够精确；

由于任何突然加载所产生的初始加速度能用特征模型精确描述； 对系统的阻尼不能过大。小结：

动态分析包括结构的惯性效应；

*FREQUENCY可以计算结构的固有频率和振型；

通过振型叠加，可以确定线性系统的动态响应。这一方法尽管有效，但是不能用于非线性问题；

线性动态过程可以计算瞬态载荷的瞬态响应、谐振动下的稳态响应、支座移动造成的响应峰值和随机载荷的响应；

为了准确表示结构的动态行为，必须选择足够多的振型。总的等效模型质量应占可动质量的90%以上；

用户可以给定直接模态阻尼、瑞利阻尼和复合模态阻尼。但是由于固有频率和振型的计算都是基于无阻尼的结构，所以此法只适用于低阻尼结构；

模态技术不适用于非线性的动态模拟。在这种情况下必须采用自己的时间积分方法（*DYNAMIC）

*AMPLITUDE选项可以描述随时间任意变化的载荷，以及给定的边界条件； 振型和瞬态结果可以在ABAQUS/Post中用动画显示。这对于理解动态响应和非线性静态分析十分有帮助。

10．多步骤分析

小结：

一个ABAQUS模拟过程可以包含任意数目的步骤；

一个分析步骤就是一段“时间”，在这段时间里ABAQUS计算模型对一套指定载荷和边界条件的响应。这一步骤中所用的特殊分析过程确定了这个响应的特征；

在一个一般分析步骤中，结构的响应可能是线性的，也可能是非线性的； 每一个一般步骤的开始状态是上一个一般步骤的结束状态。这样，在一个模拟中模型的响应随一系列一般步骤而演化；

线性扰动步骤计算结构对扰动载荷的线性响应。这个响应的基本状态是相对于最后一个一般步骤结束时模型的状态所定义的；

在一般步骤中任何载荷选项里的OP参数（例如*BOUNDARY,*CLOAD和*DLOAD中）控制着这些选项中所指定的数值是如何与前面步骤中定义的数值相互作用的；

只要存储了一个重新启动文件就可以进行重新启动分析。重新启动文件可以用来继续一个中断的分析或者给模拟添加附加的载荷过程。11．接触

小结：

接触分析需要一个谨慎的逻辑方法。如果必要，将分析分解成几步执行，并缓慢地施加荷载，以保证很好地建立接触条件；

一般地，对分析的每一步最好采用分离步骤进行，即使只是因为载荷而改变边界条件。您几乎肯定要比预期情况应用更多的步骤，但模型则收敛得更容易。如果想一步就将所有的载荷加上，接触分析是难以完成的；

在对结构施加工作载荷之前，要在所有部件之间取得稳定的接触条件。如果必要，采用临时的边界条件，在以后阶段再消除这些约束。只要所提供的约束不产生永久的变形，对最后的结果应该毫无影响；

不用对接触面上的节点施加边界条件，即在接触方向上限制节点。如果有摩擦，不要在任何自由度上约束这些节点：可能导致零主元信息；

abaqus单元选择 篇2

很多情况下对整个模型各部分分别使用壳元与实体元进行单元划分, 不仅可以减少计算量, 而且计算精度不受到影响。但是实体单元的每个节点都有3个自由度, 即U1, U2, U3;壳单元每个节点有6个自由度, 即U1, U2, U3, UR1, UR2, UR3, 二者直接连接时由于本身自由度的不同使转动自由度不连续, 造成计算结果产生较大误差。传统办法是使用约束方程法, 就是把一个节点的某个自由度与其他一个节点或多个节点的自由度通过某种关系联系起来。对于不同类型单元自由度不连续的问题, Abaqus可提供一种有效的多点约束方法, 本文以传统火炮下架的箱型结构前端部分为例, 在分析Abaqus中体壳单元组合建模原理及方法的基础上分别建立全实体、体壳单元组合两类模型对比, 验证其可行性, 为有限元分析中体壳单元耦合及复杂有限元模型简化处理提供参考。

1 理论分析

体壳组合结构模型是工程结构, 尤其是大型复合结构有限元分析中经常需要采用的模型。在这种模型中, 结构的一部分离散为实体单元, 一部分离散为壳单元, 由于体壳单元节点自由度不一致, 因此需要研究和解决两类不同类型的耦合问题。在有限元计算中, 通过适当地划分网格使具有不同物理自由度的单元类型组合在交接处公用节点, 这样在结构总刚度矩阵中叠加没什么问题, 但在共用节点的某些方向存在自由度不连续的问题。如图1所示, 三维实体单元与壳单元在交接处共用节点, 以节点i为例, 三维实体单元在节点i的物理自由度为:

式中:u'i, v'i, w'i————分别是沿节点局部坐标系x', y', z'坐标轴方向的位移。

而壳单元可看作平面应力单元与平板弯曲单元的组合, 在节点i的物理自由度为:.

式中:θ'ix, θ'iy, θ'iz————分别为绕节点局部坐标系x', y', z'坐标轴的转角。

由于位移、力、刚度矩阵等都要转换到整体坐标系中, θ'iz在坐标变换后就不等于0, 因而上式将其保留。可以看到, 三维实体单元与壳单元在节点i处具有不同的物理自由度。尽管按下标进行叠加能够形成总刚度矩阵, 然而组合处的总刚度矩阵[K]对应于两种元素在连接处的所有节点, 绕整体坐标轴转动项的系数不都为0, 而转角是不连续的, 即三维实体元素在边界处形成铰接的结构力学分析模型, 如图1所示, 壳单元3可绕节点i与节点j的连线自由转动。这与实际结果显然有很大差别, 如此离散后的计算结果也与实际相差很大。

2 Abaqus体壳单元的组合建模方法

Abaqus是国际上最先进的大型通用有限元软件之一, 它可以分析复杂的工程力学问题, 其驾驭庞大求解规模的能力, 以及非线性力学分析功能均达到世界领先水平。为了提高计算效率, 当满足一定规则时, Abaqus建模中可将三维构建理想化为二维单元, 如当构建结构两个方向的尺寸远大于另一方向的尺寸时, 可理想化为壳单元, 而不满足简化条件时则采用实体单元建模。它为用户提供了多种约束类型, 如绑定约束 (TIE) 、刚体约束 (RIGID BODY) 、显示体约束 (Display Body) 、耦合约束 (Coupling) 、壳体-实心体约束 (Shell-to-Solid Coupling) 、嵌入区域约束 (Embedded Region) 及方程约束 (Equation) 等。

壳体-实心体约束是基于表面技术来耦合壳元与实体元, 这项技术允许同一模型内壳元到实体元的过渡通过内部定义耦合约束集将壳单元模型边界节点集合的运动与实体单元模型边界表面集合的运动关联起来, 并能够自动在实体表面上选择隶属于影响区域的被耦合节点, 适合用于几何线性及非线性分析中。

Abaqus可以对不同单元连接产生的影响区域范围值提供默认设置及用户自定义设置。对于每一个属于耦合区域内的壳体节点而言, Abaqus会建立一种独立的内部分布耦合约束, 将壳节点与实体节点内部产生的力及力矩达到自然平衡状态, 从而解决壳体与实心体的组合建模问题。在建立该约束时需要对位置公差 (Position Tolerance) 及影响距离 (Influence Distance) 进行设置。

位置公差是用来控制被耦合区域内的壳元节点数目, 决定被包含在耦合范围内所有壳元节点到实体边界面的最大距离, 大于此距离的壳元节点则不会被耦合至实体元表面。基于单元的实体表面, 系统默认位置容差值等于特定壳边界面长度的5%;但是基于节点的实体表面, 系统默认值是基于实体表面中节点间的平均距离而定。

影响距离即几何公差, 用于定义每一个边界面, 对于在实体表面上特定的节点或者单元而言, 它到至少一个边界面的垂直距离必须小于或等于影响距离值。Abaqus默认值为已定义的相邻壳元厚度值一半, 如图2所示, 也可让用户自定义。在进行计算时, Abaqus会遵循以下步骤进行。

1) Abaqus会搜寻属于边界面影响区域内所有实体单元节点, 将其与壳元施加耦合约束。

2) Abaqus会对实体节点计算出一系列权重因子, 每一个耦合约束中的权重因子之和即为影响区域内所包含的三维实体表面面积。

3) 所有壳元边界面耦合方法依照上述过程, 若一个壳元节点同时属于多个边界面, 则所有的连接点和权重因子被组合成单一的分配约束来定义。

3 实例模型计算及结果

3.1 有限元模型实例建模

文中选用传统火炮下架前端箱型结构为例, 具体说明在Abaqus中三维实体元与壳元组合建模的可行性及可靠性。模型如图3所示, 下架支撑着整个火炮上部结构质量, 并传递冲击及能量至地面, 而前端连接前大架部分结构属于薄板焊接, 箱体结构厚度为5mm, 故可以简化为壳元建模, 减少计算规模。

Ⅰ———全实体模型;Ⅱ———体壳组合模型

图3中, Ⅰ为全实体单元有限元模型, 单元类型为C3D10, Ⅱ为体壳组合有限元模型, 其中连接下架本体的后端部为实体单元, 单元类型为C3D20, 其余均为壳单元模型, 单元类型为S4, 两者连接处定义壳体-实心体约束。

两类模型均在后端端面处施加全约束, 即固定六个方向自由度。在前端与前大架连接处建立参考点, 并将该点耦合于连接处内表面, 给参考点沿竖直向上方向集中力载荷, 其值为70k N, 模拟地面对箱体结构反作用力。

对于模型Ⅱ而言, 将两种单元连接参数设置分为A, B, C与D四种情况, 具体设置如表1。

3.2 实例结果分析

通过对上述五组有限元模型计算, 可以看出, Ⅰ、Ⅱ两类模型计算的位移分布趋势几乎一致, 应力分布会在体壳交界处略有不同, 体壳组合模型均会在交界处出现应力不连续或突变等情况, 但五组模型最大应力值位置均相同。得到的体壳交界处Mises等效应力分布云图如图4—图8所示, 对于模型Ⅱ, 四种不同参数设置下的应力、位移值略有不同, 与模型Ⅰ比较, 模型Ⅱ-A、Ⅱ-B与Ⅱ-C应力值均偏大, 位移值均偏小, 模型Ⅱ-D结果奇异。

表2列出了上述五组有限元模型得到的部件最大位移及体壳单元交界处最大Mises等效应力。

5 结论

通过对Abaqus体壳组合建模方法及上述五组有限元模型计算结果的分析, 可以得出以下结论:

1) 通过体壳组合建模与全实体建模对比, 计算效率大大提高, 位移分布趋势几乎一致, 应力会在交界处出现一定程度的不连续, 但对整体应力分布不受影响。

2) 一般情况下, 位置公差使用缺省值即可, 影响距离参数设置不宜过小, 否则会出现数值奇异, 造成计算误差。

3) 大型有限元模型中体壳组合的交界处不宜设在应力集中、施加载荷等应力偏大的位置, 避免对应力结果判断不准确。

综上所述, Abaqus提供的多点约束方法, 即壳体-实心体约束在方便快捷且通用性强的前提下, 计算结果与全实体模型结果相近。另外, 在一般情况下参数设置为默认值的计算结果具有一定可靠性, 但当遇到同厚度壳边与不同厚度的实体边界面定义组合时, 适当调整参数值对结果有利。

摘要：在体壳单元组合有限元模型中, 由于实体元与壳元的自由度不同, 使得转动自由度不连续, 计算结果往往与实际偏差很大。Abaqus中提供了一种多点约束法来实现三维实体元与壳元正确联接, 阐述了其原理, 并通过实例对两种单元联接参数设置的不同进行结果对比, 给出了合理的处理方法, 为有限元分析中体壳单元耦合及模型简化提供指导与借鉴。

关键词：有限元,Abaqus,实体元,壳元,多点约束

参考文献

[1]谢元丕, 冯刚.ANSYS三维实体单元与板单元的组合建模研究[J].机械设计, 2009, 26 (4) :5-7.

[2]Abaqus Corporation.Abaqus 6.12 Online Documentation[S].

[3]王勖成.有限单元法[M].北京:北京航天航空大学出版社, 1990:122-141.

[4]谢最伟, 吴新跃, 万强.有限元中体壳单元的耦合问题研究[J].机械设计, 2011, 28 (3) .

abaqus单元选择 篇3

关键词：斜拉桥模型；索力优化；ansys单元

中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)010-0770-02

斜拉桥是一种古老的桥型，进入20世纪以来，由于在材料和设计计算等方面，这种古老的桥型正焕发出新的生命力。在斜拉桥的设计计算中，索力的优化是一个非常重要的环节。斜拉桥的索力优化可分为两大类，即成桥索力的优化和施工阶段索力的优化，无论哪一类索力的优化都需要有一个合理的成桥状态。也就是说，需要找到一组斜拉桥索力并确定斜拉桥的结构体系，使的结构体系在确定性荷载作用下，某种反映受力性能的目标达到最优。这组斜拉桥索力就是最优索力，它所对应的成桥内力状态就是合理成桥内力状态。

由于合理成桥内力状态的不唯一性，即中外桥梁界对斜拉桥的合理成桥内力状态没有统一的认识。所以，在ansys分析时，以不同的合理成桥内力状态为目标进行索力优化时，需要建立不同的斜拉桥模型、选用不同的ansys单元来模拟索、梁、塔。这样就可以节省优化过程中的计算量，并使计算结果更加精确。

1、索的模拟

索的理论计算一般采用两个基本假定：(1)索为理想柔性的，既不能受压，也不能抗弯。(2)索的材料符合胡克定律。

Ansys中的link10为索单元，该单元通过KEYOPT设置可仅受拉式或仅受压，以模拟斜拉桥的斜拉索。由于索的张拉力会引起索的整体线性的改变，同时索线性的改变也会使索张拉力发生改变。所以，在ansys中模拟斜拉索需要一定的技巧。该方法的基本原理为在索曲线位置创建模型，采用实际材料性质和实常数，并设置很小的初应变，施加自重荷载(沿弧长分布)，逐步更新有限元模型，以索水平张力或索力为收敛条件进行迭代，其最终结果即为索在自重荷载作用下的初始变形。然后，可施加其它外荷载，进行工作状态分析。

斜拉桥索力优化时，用索量最小法对斜拉桥的模拟要求最为精确，用索量最小法是以斜拉桥索的用量作为目标函数，以关心截面内力，位移期望值范围作为约束条件。所以，对斜拉索的张拉力、索的线性、索长的精确模拟是用索量最小法的关键。而其它索力优化方法，对斜拉索的模拟，相对可以粗劣一些。由于ansys的使用可以用命令流的形式表达，所以以上斜拉索的模拟也可以用于其它索力优化的方法。

2、梁的模拟

对于梁的模拟，可按优化方法的不同，选择不同的梁单元，本文分别对四种优化方法的梁模拟进行比较。

2.1刚性支撑连续梁法

这种方法是将梁、索的交点设刚性支承进行分析，计算出各支点反力，利用斜拉索力的竖向分力与刚性支点反力相等的条件，就可容易的确定最优索力。

这种方法需要模拟的梁能够准确的计算出各支点的反力，并且斜拉桥梁一般为变截面弹性的，所以，我们选择一些可以自定义截面的弹性梁单元进行模拟。例如，beam44、beaml88、bearnl89。

Beam188和beanl89对中等粗梁，考虑剪切变形时，或剪切变形影响比较大时采用，而斜拉桥梁的高度一般要遠远小于跨度，并且刚性支撑连续梁法主要考虑各刚性支点的反力。所以，这里用beam44就可精确、有效的模拟斜拉桥的梁。

2.2零位移法

是以结构在恒载作用下梁的节点位移为零作为优化目标，零位移法在进行索力优化时，其结果与刚性支撑连续梁法几乎一致，零位移法对ansys模拟的斜拉桥模型有一个特殊的要求，即斜拉桥梁的模拟，能够尽量精确计算出梁的节点位移。

在所有ansys梁单元中，beaml88和beaml89都考虑剪切变形的影响，所以计算梁的挠度更加精确。其中beaml88在计算截面的转角时，是由挠度的一阶导数求出，而：ibeam189则是分别计算挠度和界面的转角。所以beaml89比beam188在计算挠度时更加精确一些，这里就选用beam189模拟斜拉桥的梁。

2.3弯曲能量最小法

此法是用结构的弯曲应变能作为目标函数，进行索力优化。结构的弯曲应变能可写成：，从式中可以看出在模拟模型中，首先要能够准确模拟梁的弹性模量和惯性矩，这就需要使用自定义变截面弹性梁单元，即beam44、beam188、和beam189，同时弯曲能量需要计算出梁上各节点的弯矩值，并且在选择单元模拟时，要使计算方便、快捷、准确并尽量减少计算量。按着以上原则可知，用弯曲能量最小法计算索力时，斜拉桥梁的模拟用beam44单元。

2.4弯矩最小法

弯矩最小法是以弯矩的平方和作为目标函数，弯矩最小法与弯曲能量最小法有很多相似之处，并且弯矩最小法对梁单元的要求要宽松很多。在这种方法中，只需模型能够准确计算出各节点的弯矩即可。所以，在ansys模拟过程中，我们选用beam44即可满足要求。

3、塔的模拟

斜拉桥塔的模拟相对简单一些，本文将其分为两大类进行分析并选择ansys单元。第一类，指定受力状态的索力优化法，它包括刚性支撑连续梁法和零位移法。第二类，斜拉索力的无约束优化法，它包括弯曲能量最小法和弯矩最小法。

3.1指定受力状态法

这两种方法，分别要求出梁上各支点的反力和位移，对塔的要求不严格。在这里选择一个2D梁单元即可。又由于塔模型的截面是变化的，应该使选择单元的截面是可以变化的。所以，斜拉桥塔的单元选择beam54，这个2D渐变不对称梁单元。

3.2斜拉索力的无约束优化法

利用这两种方法对斜拉桥索力进行优化时，需要计算出塔上各节点的弯矩，同时弯曲能量最小法还要知道塔上各节点的惯性矩和弹性模量。所以，选择beam44单元模拟斜拉桥的塔，同时选择beam44单元时塔梁之间的连接处理，会更加简便。

4、结论

斜拉桥索力优化方法有很多种，本文针对不同的方法，对ansys模型的不同要求进行分析，最终得到如下结论。

(1)索的模拟，无论哪种优化方法的ansys模型都选择link10单元。

(2)梁的模拟，只有零位移法的梁模拟使用beam189单元，其它方法均为beam44单元。

(3)塔的模拟，零位移法和刚性支撑连续梁法使用beam54单元进行模拟，而弯曲能量最小法和弯矩最小法使用beam44单元模拟。

参考文献：

[1]项海帆，姚玲森高等桥梁结构理论[M]，北京：人民交通出版社。2001

[2]王新敏，ansys工程结构数值分析[M]，北京：人民交通出版社，2007，10

第五单元的生物选择题 篇4

八年级生物试卷第五单元测试题

生物试卷一、选择题(本题共15小题，每小题3分，共45分)

1.209月29日,我国在酒泉卫星发射中心用“长征”二号FT1运载火箭,成功将“天宫”一号送入预定轨道。下列哪种动物的运动方式与火箭相似()

A.鲸B.鹰C.水母D.家鸽

2.(2012北海模拟)蝗虫善于飞行，它的运动器官是()

A.后翅B.后足C.前翅D.翅和足

3.颅骨的.连结具有()

A.无活动性B.有一定的活动性

C.半活动性D.以上说法都不对

4.(2012宜宾模拟)天鹅是善于飞行的鸟类，身上最发达的肌肉是()

A.躯干部的肌肉B.腿部的肌肉

C.胸部的肌肉D.两翼的肌肉

5.下列属于先天性行为的是()

A.鹦鹉学舌B.大雁南飞

六年级英语上选择题三单元试题 篇5

27They want to __ in the windA.fly kiteB.flying kitesCfly a kites Dfly kites

28I love to run in the park __summer

A.onB.in Cfor Dof

29.I like __on the computer.A.for playBto playCplay D plays

30.They __sitting in the sun.A,be B.is C.am D.are 1.fall is __A.coolB.hotC.warmDcold

2.summer is ___A.coolB.hotC.warmDcold 3.In fall,I__my shorts and –shirt.A.taking offBtake

offCputs on D.put on

4.——do you wear in fall?A.WhenB.Where

C.WhatD/How

5.I like the rain,__I don’t like to get wet.A.andB.orCbutDbecome 6.There___seven days in a week.A.isB.amC.beDare

7.Jenny is __school.A.get ready forB.getting ready toCgetting ready forDget ready to

8.I like __on the snow.A.skiB,to skiC.skateD.to skate

9.Jenny and LiMing put on___jaclets.A.ourB.herC.hisDtheir 10.Today is Monday,October__

A,eightB,eightthCeighthDseven 10.Danny is ___A.skateB.akateingC.skatingDskates

11.___?Because I’m hotA.WhyB.WhatC/WhereD,When

12.This is___bedroomA.JennyB.JennysC.Jenny’sD Jennys’ 13.I__to go to schoolA.is goingB.are goingC.goingD am going

14.My sister___winterA.loveB.lovesClikeD loving

15.This one is __than the firstA.small

B.bigC.smallerDbiger

16.We__snowmen in ChinaA.makeB.makesC.makingD.to make

17.I have two__A.stickB.sticksCstickes18.This carrot___his nose.A,isB.areCamDbe 19.Can you __up on the ice.A standingBstandCstandsDto stand

20.He __down againAfallB.fallingCto fallDfalls 21.Danny __teach LiMing to skate

Aare going to B.be going to Cis going to22.Danny has __for LiMing

A.a pair skatesB.a pair of skatesCpair skates 23.He skates__ DannyAin Bto CforDon 24.I like __on the snow AskiBto ski Csking Dskis

25.Let’s __ a song.Asing BsingingCsings

26.Why?__I like sunA.andB.ButC.Because

31.Jenny always __a bike to go to school A.rideB,ridesCto ride Driding

32.What are you__?A.learnB.to learnC.learnsDlearning 33.What__is this?

Aseasones B.seasonsCseason 34.What do you like__ in spring? A.doB.to doCdoing 35.Can you __?

A.skateB.skiingC.skatingD.skis

36.__ do you like spring?Because spring is warm.B.HowCwhereDwhy 37.There are four__ in a year A.shapesB.clothesCcolourDseasons 38.In fall I take __ my shorts and T-shirt Aon Bin Coff Dof

39.Are mittens __mitts the same? A.but B.and C.or Dof 40.What__ Danny doing? AbeBare Cis Dam 41.Look__the answers below Ain Bto Con Dat 42.He is__on the hat Aputting B.puting Cput Dputs 43.LiMing skates backward__ A.quickB.quicklyCslow D.loudly 44.Winter is ____

A.coolB.hotC.warmDcold 45.Spring is__

A.coolB.hotC.warmDcold

A.What

迎元旦英语竞赛

一．听写单词

1.____________2._________3.__________ 4._________5._________6._________ 7.___________8._________9._________

10.___________11.___________12.________ 13.___________14.___________15.________ 16.___________17.___________18._______ 19.__________20.___________21._________ 22.___________23.__________24._________ 25.__________26.__________27__________ 28__________29___________30_________ 31__________32__________33___________ 34__________35___________36__________ 37___________38__________39__________ 40__________41__________42__________ 43__________44__________45__________ 46__________47_________48___________ 49__________50_________51__________ 52__________53_________54__________ 55__________56__________57_________ 58__________59__________60_________

1.We__snowmen in ChinaA.makeB.makes C.makingD.to make

2..I have two__A.stickB.sticksCstickes3.This carrot___his nose.A,isB.areCamDbe

4..Can you __up on the ice.A standingBstandCstandsDto stand

5..He __down againAfallB.fallingCto fallDfalls 6..Danny __teach LiMing to skate

Aare going to B.be going to Cis going to7..Danny has __for LiMing

A.a pair skatesB.a pair of skatesCpair skates 8..He skates__ DannyAin Bto CforDon 9..I like __on the snow

AskiBto ski Csking Dskis

10..Let’s __ a song.Asing BsingingCsings

11.Why?__I like sunA.andB.ButC.Because

12.They want to __ in the windA.fly kiteB.flying kitesCfly a kites Dfly kites 13.I love to run in the park __summer

A.onB.in Cfor Dof

14..I like __on the computer.A.for playBto play Cplay D plays

15.They __sitting in the sun.A,be B.is C.am D.are 16.Jenny always __a bike to go to school

A.rideB,ridesCto ride Driding 17..What are you__?A.learnB.to learnC.learnsDlearning

18.What__is this?

Aseasones B.seasonsCseason 19.What do you like__ in spring? A.doB.to doCdoing 20.Can you __?

A.skateB.skiingC.skatingD.skis

21.__ do you like spring?Because spring is warm.A.WhatB.HowCwhereDwhy 22.There are four__ in a year

A.shapesB.clothesCcolourDseasons 23.In fall I take __ my shorts and T-shirt Aon Bin Coff Dof

24.Are mittens __mitts the same? A.but B.and C.or Dof 25.What__ Danny doing? AbeBare Cis Dam

26.Look__the answers below Ain Bto Con Dat 27.He is__on the hat Aputting B.puting Cput Dputs 28.LiMing skates backward__

A.quickB.quicklyCslow D.loudly 29.Winter is ____

A.coolB.hotC.warmDcold 30.Spring is__

A.coolB.hotC.warmDcold

31.fall is __A.coolB.hotC.warmDcold 32.summer is ___A.coolB.hotC.warmDcold 33.In fall,I__my shorts and –shirt.A.taking offBtake offCputs on D.put on

34.——do you wear in fall?A.WhenB.WhereC.WhatD/How

35.I like the rain,__I don’t like to get wet.A.andB.orCbutDbecome

36.There___seven days in a week.A.isB.amC.beDare

37..Jenny is __school.A.get ready forB.getting ready toCgetting ready forDget ready to

38.I like __on the snow.A.skiB,to skiC.skateD.to skate

39.Jenny and LiMing put on___jaclets.A.ourB.herC.hisDtheir 40.Today is Monday,October__

A,eightB,eightthCeighthDseven

41..Danny is ___A.skateB.akateingC.skating

Dskates

42.___?Because I’m hotA.WhyB.WhatC/WhereD,When

65.__ you like a new book?

A.WhatB.HowCDoes Dwould

66.Danny and I are___walk to the park this afternoon.43..This is___bedroomA.JennyB.JennysC.Jenny’sA.goingB.to goC.goDgoing to D Jennys’ 44..I__to go to schoolA.is goingB.are goingC.goingD am going

45..My sister___winterA.loveB.lovesClikeD loving

46.This one is __than the firstA.smallB.bigC.smallerDbiger 47..This is __you.A.toB.atC.ofDfor 48..How__is it? Forty yuan AmanyB.oldCmuch Dfar 49.It’s time__to school A.forB.to go C.go to D.going 50.Three lines make a__

A.squareB.seasonC.colourD,triangle

51.__is your favourite shape?My favourite shape is a line.A.WhatB.Where C.How Dwhy 52.Is that far__Beijing? A.toB.fromCofDfor 53.on a holiday,people__work

A.don’tB.doesn’tC.not D,isn’t 54.Christmas songs__ carols.A.isB.amCdoDare 55.Children don’t __school.A.goB.go toC.going D.goes 56.When is Christmas?It’s__

A.December twenty-fourthB.October twenty--fifth

C.December twenty-fifth 57.This is a picture__my family A.onB.ofCoff Din 58.Yesterday __Monday.A.isB.areC.wasDam 59.Danny__to school.A.walksB.walkingC.walkDto walk 60.Jenny is__eat toast and jam A.doB.goC.go to Dgoing to 61.We put__ the Christmas tree.A.up B.ofCoff D.at 62.We are __ Christmas lights

A.buyB.buyingC.to buyDbuying to 63.__is LiMing?He is in the store.A.HowB.WhatC.Where D.Why

64.I want __something for my family for Christmas.A.buyB.to buyCbuyingDbuys

67.He always __Ho Ho Ho A.to say B.saysC.saying D.say 68.Where __the stargo? A.doB.doingCdoesDto do 69.The Christmas lights __very beautiful.AbeBis Care Dam

70.We put Christmas things__the tree.AatB.ofC.toD.on

71.I want to buy something __my family.AforB.ofCin Dup

72.Let’s __our gifts under the tree.A.putsB.putCputtingDto put

73.Li Ming __to Jenny

AwhispersB.whisperCto whisperDwhispering 74.This is___camera.AanB.aCtheDno 75.Lynn__a gift.AseeB.to see C.seeingDsees 76.Now___Christmas tree is beautiful.AweB.heCshe Dour 77.I can __pictures

A.takingB.takeCtake to Dto take 78.She open it__

AquickB.slowC.quicklyDloud 79.Where are you___?I’m from China A,fromB.toCfor Dof 80.That’s __old story.A.aB.anCup Dinto 81.The baby grew__a man.A.inB.atCup Dinto 82.Let __play basketball.A.weB.ourCusDI

83.Jenny runs quickly,but Danny runs__ A.quietB.slowlyC.slow D loudly 84.He __a camera

A.wantingB.wantsCwantDto want 85.That is an__story

abaqus单元选择 篇6

关键词:轴承—齿轮系统;ABAQUS;有限元法

中图分类号:TN957.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0013-02

现代战争对雷达的性能要求越来越高,轴承—齿轮系统作为雷达的关键基础构件对其性能有重要影响。这就要求人们采用现代设计方法对雷达的关键基础构件进行设计,通过有限元方法,设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因素,在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然,从而为产品改进设计提供了有效的技术途径,并大大减少了物理样机试制的时间和研制经费的投入,提高了设计效率。

1研究方法及理论依据

轴承—齿轮系统作为天线运动的载体,以底座为基础,包括横滚、俯仰和方位三个互相垂直的旋转运动,工作原理见图1。横滚转动为第一级运动,俯仰转动为第二级运动,方位转动为第三级运动。天线安装在方位部分的天线托架上,随着方位部分一起转动。方位部分的运动是主要运动,带动天线以一定的转速进行扫描,横滚部分和俯仰部分的运动只用来调整扫描的区域范围。系统通过对电机进行合理的控制,使轴承—齿轮系统的三个轴以一定的转速转动或转到某个角度。在3个轴的运动合成下,天线可完成对一定区域的扫描。

图1轴承—齿轮系统工作原理图

轴承—齿轮系统的每一级运动都由一个独立的伺服电机驱动。伺服电机经过两级齿轮减速,最后输出到轴承—齿轮系统的每一个轴上。在横滚的传动中,电机和减速部分固定不动,只有横滚转体转动;而在俯仰和方位的传动中,伺服电机和减速部分跟着转体一起绕轴转动。

2轴承—齿轮系统有限元模型建立

该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主,还有少部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。利用Hypermesh统计该模型有111 850个单元,132 053个节点。

轴承—齿轮系统的整体结构的网格划分,见图2。

图2轴承—齿轮系统整体结构的有限元模型

3载荷处理

由于静态分析的特殊性,在静态分析时不用考虑齿轮的啮合,轴承的内外圈的关系,所以在静态分析时就不考虑齿轮的啮合时轮齿的啮合问题,轴承的内圈和外圈与其他相连结构通过实体单元连为一体。

建立如下坐标系:原点位于底座平面与圆筒轴线的交点,X轴沿轴线方向,Y轴位于底座平面内且指向底座缺口,Z轴满足右手定则。在该轴承—齿轮系统的静力学分析中分别施加x,y,z 3个方向大小为1 g的加速度来分析,每一个方向对应一种工况。约束加在3个螺栓上,约束其x,y,z 3个方向的平动自由度。

4结果与分析

在ABAQUS上计算了该有限元模型的应力与位移,模拟了3种工况。见图3、图4、图5。从中可以看出:

(1)在x,y,z 3种方向的载荷作用下,模型的最大应力分布在底盘的连接螺栓的附近,这是由于应力集中引起的。另外,除了螺栓的连接处就是底座加强筋上的应力最大。

(2)在x方向加载时模型的最大应力和最大位移都小于在y方向和z方向载入时的位移和应力,说明该模型在y,z方向的刚强度要比在x方向的刚强度小。

(3)在这3个方向上加载时筋板上的应力都比较大,可见筋板的作用就在此体现出来,增强了模型底盘的刚强度。

(4)在位移云图上可以看出方位电机、减速器的地方位移较大,因为此处的刚度较小,而方位驱动电机的质量和减速器的质量都集中于此,故产生较大的作用力,即位移较大。

(5)可以增加筋板的厚度或增加筋板的数目提高底座的刚强度;可以适当增加连接螺栓的数目,这可以减小螺栓连接处的应力。

参考文献

1 石守红、韩玉强、张锁怀.齿轮耦合的转子—轴承系统的研究现状[J].机械科学与技术,2002.21(5):703～706

Based on ABAQUS Bearing—Gear System Static Analysis

Chang Li

Abstract:Using ABAQUS the bearing — gear system static finite element model, stress distribution by the model cloud, and the displacement contours, made some optimization improvements bearing — gear system structure of the programs and measures.