我的有限元分析仿真应使用哪种 Abaqus 单元-3：了解单元功能

        您是否曾经发现自己想知道哪种 Abaqus 单元公式最适合您的分析？借助 Abaqus Standard 和 Abaqus Explicit 中提供的大量选项，新手和经验丰富的用户经常会发现自己问这个问题，并且有充分的理由：根据您的仿真目标选择合适的单元类型对于获得准确的结果至关重要。在本博客系列中，我们旨在强调在为给定分析确定最佳 Abaqus 单元公式时应考虑的一些关键方面。

第 3 篇：了解 Abaqus 中的单元功能

由于 Abaqus 可用于模拟如此多样化的问题，因此了解其全部功能有时会让人不知所措。尝试掌握功能的广度时，一个很好的起点是查看可用的各种单元类型。由于我们已经讨论了一些支配 Abaqus 单元的基本原则，包括命名法和维度，我们现在可以开始探索可供我们使用的大量特殊用途单元：

应力/位移单元

应力/位移单元是迄今为止最常用的有限元类型，可用于模拟各种机械行为。尽管某些代码只能模拟线性条件，但 Abaqus 可用于理解复杂的非线性行为，包括超弹性、塑性、大变形和接触（等等）。仅具有位移自由度的应力/位移单元可用于执行静态、准静态、隐式瞬态动力学、显式瞬态动力学、模态动力学、稳态动力学、声学、冲击、声学-结构耦合和断裂分析.

扩散单元（传质）

扩散单元，也称为传热单元，用于表示必须考虑蓄热（比热和潜热效应）或热传导的场景。在 Abaqus Standard 中可用且仅包含温度自由度，扩散单元可用于稳态和瞬态分析来预测热行为。这些多功能单元能够考虑对流和辐射对传热的贡献，可用于模拟一系列问题，从简单的单组分分析到具有间隙电导和腔辐射的高度复杂的组件。

强制对流传热单元

与扩散单元非常相似，强制对流传热单元允许储热（比热）和热传导；然而，顾名思义，它们也说明了流体以规定的流速流过网格时产生的热对流（强制对流）。可能需要使用这些单元的一种潜在情况是在模拟带有初始温度脉冲的充满流体的管道时：初始温度脉冲将由于流体和管道中的传导而扩散，但它也会沿管道传输。

耦合温度位移单元

在模拟应力状态取决于温度且温度取决于位移（或应变）的条件时，应使用耦合的温度-位移单元。一个典型的例子是金属冲压或锻造操作，其中塑性变形或摩擦产生的热量会影响与温度相关的材料特性（反之亦然）。

孔隙压力单元

仅在 Abaqus 标准中可用的孔隙压力单元是单元的特殊子集，可用于表示通过变形多孔介质的完全或部分饱和流体流动。利用位移和孔隙压力自由度的组合，孔隙压力单元可用于执行土壤和地质静力分析。

流体管和流体管连接器单元

流体管和流体管连接器单元是执行土壤或地质静力分析时常用的特殊用途单元。流体管道单元适用于模拟不可压缩的管道流动，而流体管道连接器单元用于模拟两个管道之间的连接点。仅包含孔隙压力自由度并且在 Abaqus 标准中可用，流体管道单元通常用于模拟粘性流体

和流体管网中发生的重力压力损失，而流体管连接器单元允许定义流体网络内的离散粘性压力损失项。

耦合温度-孔压单元

在对应力、流体孔隙压力和温度相互强烈影响的环境进行建模时，耦合的温度-孔隙压力单元（也仅在 Abaqus 标准中可用）是合适的。一个相关的例子是地下管道加热周围的永久冻土，从而改变土壤的承载能力，进而影响管道中的应力。

压电单元

在对电位梯度引起应变，而应力在材料中引起电位梯度的问题进行建模时，需要使用压电单元。可用于 Abaqus 标准并包含位移和电势自由度，压电单元可用于静态应力、隐式动态、稳态动态、固有频率和瞬态模态分析。

电磁单元

电磁单元应用于涉及磁场的问题以及电场和磁场之间存在耦合行为的问题。具体来说，在 Abaqus 中执行静磁和涡流分析时需要电磁单元。静磁分析忽略电磁耦合，简单地使用麦克斯韦方程来计算由直流引起的磁场。另一方面，涡流分析假设电场和磁场之间的完全耦合行为，同时求解。

耦合热电单元

耦合热电单元适用于模拟由于电流通过导电材料而发生的加热，也称为焦耳加热。这类问题需要完全耦合，因为与温度相关的电导率会影响产生的热量，进而影响电导率。在高科技行业的 PC 板和其他产品上定期执行耦合热电模拟：电流用于为处理器（和其他组件）供电，从而产生热量，从而改变电导率，并改变发电量额外的热量。

耦合热电结构单元

耦合热电结构单元可用于需要同时解决位移、温度和电行为的情况（因为每个单元的状态都会影响其他单元的行为）。在点焊过程中可能会遇到这种情况：焊尖之间的压力会影响电流，从而影响温度。

声学单元

声学单元用于模拟声学介质中的微小压力变化，适用于执行声学和耦合声学结构分析。尽管声学单元可以单独使用，从而声压由单个压力自由度控制，但它们更常与耦合分析中的结构模型结合使用。

多孔弹性单元

多孔弹性单元是一种特殊用途的体积耦合声学单元，用于模拟多孔介质的小位移和小压力变化。包含位移和压力变量的多孔弹性单元用于声学分析，更常见的是耦合声学结构分析。

正如我们今天所见，Abaqus 的单元类型非常惊人。无论您模拟（几乎）任何事物的机械、热、电、磁、声或耦合物理，Abaqus 都有一个解决方案（而且是一个优雅的解决方案）！