以下内容摘自《超单元应用实践》书籍:
(5)创建分析模型的单元类型,在Hypermesh中Abaqus模块下默认实体单元为C3D8R,即为线性减缩积分单元;在Abaqus中常见的实体单元包括完全积分、减缩积分、非协调及杂交等四种单元模式,按阶次可分为一阶(线性)和二阶单元。对于一般静力分析,可采用C3D8R,即为减缩积分单元或二阶四面体单元(C3D10M);在单元较规则、无弯曲情况时可采用C3D8I,即为非协调单元;对于橡胶类可采用C3D8H,即为杂交单元;采用不同的单元类型,其应力和位移结果相差较大。
Abaqus单元的主要差异及特点:
(1)完全积分单元是指具有规则形状(边是直线并且边与边相交成直角)时,所用的Gauss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,如C3D8。
(2)减缩积分单元是指相比完全积分单元在每个方向上少用一个积分点,即一阶单元仅有一个积分点,二阶单元相当于完全积分的一阶单元,如C3D8R。
(3)非协调单元是指增强单元位移梯度的附加自由度引入线性单元,用于加强单元内部的变形梯度,不会导致单元间的变形不协调和材料干涉等问题,主要用于解决一阶完全积分单元的剪切自锁问题,具有较高的计算精度;一般用于单元较规则,无较大扭曲情形下,如C3D8I。
(4)杂交单元是指对于具有不可压缩材料性质的任何单元,体积不发生变化,其压应力不能由节点位移计算,节点位移仅用于计算偏应变和应力;即当材料行为具有不可压缩(泊松比=0.5)或非常接近于不可压缩(泊松比>0.475)时,如橡胶材料,采用杂交单元,如C3D8H。
(5)剪切自锁是在承受弯曲作用下,积分点处发生角度变化,即有剪切应力产生,这种虚假的剪切应力主要是因为线性单元的边不能弯曲,进而导致单元在弯曲时过于僵硬,单元刚度较大。二阶线性单元虽然单元边可以弯曲,但在复杂应力状态下也可能有剪切自锁现象,如图5-8所示。在正常弯曲作用下,角度
保持不变,且中间线与外边一起成弯曲状态;当出现剪切自锁时,角度
变成
,且中间线与外边不成弯曲状态,但角度的变化表明存在剪切应力,而实际正常纯弯曲作用下,材料的剪切应力为0。