Hyperworks中的单元类型及材料释义
一、 0D单元
CELAS1、CELAS2、CELAS3和CELAS4用于定义弹簧单元。CELAS1和
CELAS3的属性是PELAS。CELAS2和CELAS4自带属性。在HyperMesh中
可通过1D-springs进行创建。
CDAMP1、CDAMP2、CDAMP3和CDAMP4用于定义标量阻尼单元。
CDAMP1和CDAMP3的属性是PDAMP。CDAMP2和CDAMP4自带属性。
CMASS1、CMASS2、CMASS3和CMASS4用于定义质量点。CMASS1和
CMASS3的属性是PMASS。CMASS2和CMASS4自带属性。
CONM1和CONM2是集中质量单元。CONM1在节点位置定义一个6×6质量矩阵。CONM2在节点位置定义质量和惯性属性，若不指定惯性矩则表示分析中不考虑质量单元惯性矩的影响。
CVISC用于定义黏性阻尼，CVISC的属性是PVISC。
二、 1D单元
CBEAM为通用梁单元，能传递轴向力、横向剪切力、弯矩、扭矩等载
荷，其属性卡片为PBEAM。
CBAR为简化版梁单元，相对CBEAM而言，不能考虑截面翘曲，其属性卡
片为PBAR。
CBUSH为通用弹簧阻尼单元，对应的属性卡片为PBUSH。CBUSH弹簧单
元有6个自由度，可分别指定6个方向的刚度和阻尼，功能更强大，若只使
用1个方向的自由度，则相当于CELAS1。每个方向都可以设置非线性刚度
和阻尼。
CBUSH1D为单向弹簧阻尼单元，相当于只有一个方向上有刚度的CBUSH
单元，可以设置非线性刚度和阻尼，其属性卡片为PBUSH1D。
CGAP为间隙单元，支持轴向和摩擦载荷，其属性卡片为PGAP。
CGAPG也为间隙单元，支持轴向和摩擦载荷，可用于连接曲面片（不需要
点对点连接），其属性卡片为PGAP。
CROD为杆单元，只能传递轴向力和扭矩，其属性卡片为PROD。
CWELD为简单轴向梁单元，支持力和力矩，不需要点对点连接，可用于
连接曲面片，其属性卡片为PWELD。
三、2D单元
当结构厚度方向的尺寸远小于另外两个方向的尺寸时，可对实体结构沿厚度抽取中面，采用二维单元来模拟三维结构的力学性能。OptiStruct支持通用的2D壳单元，该单元可考虑薄膜应变、面外弯曲及剪切，其单元类型有一阶的三角形单元CTRIA3及四边形单元CQUAD4，二阶的三角形单元CTRIA6及四边形单元CQUAD8，其相应的属性卡片为PSHELL。
当结构形状、载荷及约束沿某个轴对称时，轴向相关参数为零，壳单元可进一步简化为轴对称单元。OptiStruct的轴对称单元为一阶三角形单元CTAXI、二阶三角形单元CTRIAX6、二阶四边形单元CQAXI，对应属性卡片为PAXI。
当单元的法向应变为零时，通用壳单元可退化为平面应变单元，OptiStruct提供了一阶三角形单元CTPSTN及四边形单元CQPSTN，其属性卡片为PPLANE。
四、3D单元
3D实体单元用于模拟厚板和实体结构。通常无法用1D单元和2D单元简化
的模型都需要使用3D实体单元进行模拟。OptiStruct提供的一阶及二阶3D
实体单元包括六面体单元（CHEXA）、三棱柱单元（CPENTA）、金字塔
单元（CPYRA）和四面体单元（CTETRA），属性都是PSOLID。
五、 材料类型
OptiStruct提供了多种材料模型，包括各向同性材料、横观各向同性材料、各向异性材料和各种非线性材料，简要介绍如下。
• MAT1用于定义各向同性弹性材料，可用于模拟处于线弹性阶段的钢、铝
合金等材料。
• MAT2用于定义各向异性材料，适用于壳单元，结合PSHELL、PCOMP和PCOMPG使用。
• MAT3用于定义与温度无关的各向异性线性材料，仅适用于轴对称单元
CTAXI和CQAXI及平面应变单元CTPSTN和CQPSTN。
• MAT4用于定义各向同性热传导参数，包括导热系数、比热容、密度、对
流系数以及生热率等参数。
• MAT5用于定义各向异性热传导参数，包括导热系数、比热容、密度、对
流系数以及生热率等参数。
• MAT8用于定义二维正交各向异性弹性材料，只能被PSHELL、PCOMP和PCOMPG引用。
• MAT9用于定义三维各向异性弹性材料，可被PSOLID引用。
• MAT10用于定义流固耦合（声场）中的流体，只能被带FCTN=PFLUID选项的PSOLID属性引用。
• MATHE用于定义非线性超弹性材料，包括MOONEY，MOOR，
RPLOY，NEOH，YEOH，ABOYCE，OGDEN，FOAM本构模型，可用于
模拟橡胶等超弹性材料，只能被PSOLID引用。
• MATVE为线性黏弹性材料，MATVP为非线性黏弹性材料，只能被
PSOLID引用。
• 温度相关的材料采用MATT1、MATT2、MATT8和MATT9定义，温度相
关属性使用TABLEM1、TABLEM2、TABLEM3和TABLEM4定义，可用于
模拟力学性能随温度变化的材料，比如杨氏模量随温度变化。
• MATS1定义弹塑性材料，它是MAT1的扩展。弹塑性材料的弹性属性在
MAT1中定义，塑性属性在MATS1中定义。
六、小结
结构刚强度分析中，常见的钢、铝合金等金属材料可直接采用MAT1，若
要考虑塑性阶段，可使用MATS1设置塑性参数；电子、汽车以及家电等行
业使用的各向同性的塑料也可以用MAT1和MATS1进行模拟；木材属于各
向异性材料，可使用MAT9进行模拟。NVH分析，如模态、频响和随机振
动分析等，因为是线性分析，采用MAT1即可。
结构传热分析中，可使用各向同性的MAT4和各向异性的MAT5模拟。金
属、塑料等材料的传热分析都可以用这两种材料进行模拟。
结构热应力分析，比如要计算各向同性的塑料件由室温25℃升到50℃稳定
状态下的热应力，可直接使用MAT1进行模拟，但是需要在MAT1卡片中设
置热膨胀系数。如果温度较高，则需要考虑温度对杨氏模量的影响，需要
采用MAT1结合MATT1进行模拟；如果温度进一步提高，需要考虑金属的
高温蠕变性能，需要采用MATVP进行模拟。
对于短纤注塑材料，纤维方向在每个位置都不相同，对于此类材料，首先
需要进行模流分析得到纤维流向，然后将模流分析模型中的纤维流向映射
到结构网格，通过多尺度分析软件，计算给定纤维方向、组分及单胞结构
的材料曲线，最后结构求解器结合多尺度分析软件，完成结构的刚度、强
度、碰撞等分析。
