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对于静力或振动分析:二阶实体单元!闭眼冲!别纠结!

3月前浏览212
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闭眼冲二阶!别纠结!        

     
博集华仿      

   
本号昨天一篇文章《年长的工程师或教授:对单元类型和网格密度有过时的认知!》,受到广大读者的热烈欢迎和强烈互动。      
有兄弟留言:      
     
这就是典型的过期认知。这种过期认知,我在公开出版的书中见过,我在B站的免费视频也见过,不是什么新鲜事。      
我之前免费直播的时候,早就纠正了此过期认知。也写过文章。见《ABAQUS接触分析不可以用二阶单元是谣言吧?》。      
其中核心内容如下:      
     
点对面接触公式依据作用于从节点上的力来做出重要判断。该算法难以区分图1所示的节点力分布究竟代表均匀的接触压力,还是单元上的真实压力变化。对于三维二阶六面体单元,其等效节点力情况更为复杂,因为在均匀压力下,这些节点力甚至符号都不一致,这使得算法(尤其在非均匀接触情况下)难以正确工作。因此,为避免此类问题,当在点对面公式中使用二阶三维六面体或楔形单元定义从面时,Abaqus/Standard会自动在该单元的任一接触面中添加中节点。带有中节点的二阶单元表面,在均匀压力下其等效节点力符号一致,尽管在大小上仍有显著差异。      
而一阶单元在施加压力下的等效节点力总是符号一致、大小合理,因此,对于给定的节点力分布所代表的接触状态不存在任何歧义。      
如果您使用点对面公式,且几何形状复杂需要采用自动网格划分器,则应使用Abaqus/Standard中的改进型二阶四面体单元(C3D10M)。这些单元专为复杂的接触仿真而设计;常规的二阶四面体单元(C3D10)在其角节点处的接触力为零,会导致接触压力预测不准。改进型二阶四面体单元则能精确计算接触压力。      
(请注意最后一段英文):常规二阶单元通常可以在面 - 面离散格式中顺利使用,不会遇到困难。      

     
根据以上内容,当离散方法是节点-表面,使用二阶六面体单元,会出现如下警告:      
     

     
当离散方法是表面-表面,使用二阶六面体单元,则不会出现如上警告。      
综上所示,不管是节点-表面,还是表面-表明,其实问题都得到了一定程度的解决。(当然,出于严谨,我不能说所有场景都没问题)      

     
深入研究,就会发现。不管是节点-表面,还是表面-表面,二阶六面体单元的接触节点反力都会呈现一定的不均匀。Abaqus是这样,ANSYS当然也是这样。      
     
那请问有谁听过:ANSYS接触分析不能用二阶六面体单元?      
熟悉ANSYS的读者知道,ANSYS查看接触节点反力得插入自定义结果或APDL。换言之,我们需要查看接触压力(这个是对的就行),并不关心接触节点反力(不均匀也无所谓)      
结构仿真这一行,五花八门的说法多的很。遇到奇怪的观点,自己去验证一下,不要人云亦云。      

     
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遇事不决,问下豆包          

     
博集华仿      

   

     

     

提问:对于ABAQUS三维实体接触分析,离散化方法表面-表面(S2S)是否要求不能使用二阶六面体单元。

豆包回答:

不要求禁止;表面 - 表面(S2S)接触允许直接使用二阶六面体单元(如 C3D20、C3D20R),且官方更推荐 S2S 而非点 - 面(N2S)来配合二阶单元。

一、官方规则

S2S(Surface-to-Surface):原生支持二阶六面体,无强制限制;应力精度与收敛性通常优于 N2S。

N2S(Node-to-Surface):用二阶六面体作从面时,Abaqus 会自动添加面中节点以避免节点力符号混乱,但仍可能有压力振荡与收敛风险。

硬接触(Hard Contact):仅在 N2S 场景对 C3D20/C3D20R 有明显收敛警告;S2S 无此限制。

二、二阶六面体在 S2S 中的表现

✅ 合法可用:C3D20(全积分)、C3D20R(减缩积分)均可直接用于主 / 从面。

✅ 精度优势:S2S 采用面 - 面积分,能平滑二阶单元的压力振荡,比 N2S 更适合接触应力计算。

⚠ 注意事项:

减缩积分 C3D20R 无沙漏问题,优先选用。全积分 C3D20 计算成本更高,应力结果相近。

复杂几何或大变形时,可改用 C3D10M(修正二阶四面体) 提升稳定性。

三、结论与建议

结论:S2S 接触不禁止二阶六面体,反而比 N2S 更适配这类单元。

推荐:

1. 接触分析优先选 S2S;

2. 实体单元优先 C3D8R(一阶) 或 C3D20R(二阶减缩);

3. 避免在 N2S 中直接用二阶六面体作从面。

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核心总结          

     
博集华仿      

   

     

     

总结:

1)如果接触离散方法是N2S,一般确实不推荐二阶六面体单元。但现在主流都使用S2S,一般就没有这个说法了。

2)有些人学仿真比较早,学的是以前的观点。但软件算法和单元技术在不断更新。如果个人知识库长期不更新,那就是我说的一些老工程师和老教授的观点有点out了。


来源:博集华仿
ACTAbaqus振动动网格单元技术ANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2026-05-22
最近编辑:3月前
博集华仿
硕士 致力于推广工程仿真技术
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