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平面应力单元的选择

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发表于 2016-5-30 10:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

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      如图所示平面应变模型,长200mm,高5mm,宽50mm,材料参数如下:弹性模量为200000MPa,泊松比为0.3,模型左端固定,右端施加10mm的向下位移。
  下面用不同类型的单元对此模型进行计算,并最终选择适合的单元类型。
       1.png
  1、分别用CPS4、CPS4R、CPS4I单元进行计算,并输出模型轴向应力峰值和右端节点的反力RF2,如下表所示
       2.png

       2、由上表看出,三种单元类型的反力差异较大,具体哪个结果是正确的?
  分析如下:
  1)由于剪切自锁的原因,CPS4比其他两种单元的结果大将近一个数量级。模型厚度方向有2层单元,导致受弯时单元发生了剪切,这是一阶完全积分单元的特点。这样使得网格响应过刚,反映到模型上就出现了CPS4比其他两种单元的结果大将近一个数量级的情况。
  2)CPS4R会出现某种程度的沙漏,Abaqus/Standard缺省使用刚度沙漏控制,可以通过厚度方向布置至少4层网格控制沙漏。沙漏导致变形模式不需要或需要很少的应变能,反映到模型上使得反力值最小。
  3)CPS4R获得了最好的响应,因为此单元没有剪切自锁,不存在沙漏。

       3、三种单元类型的应力差异,
  分析如下:
  除了上述的剪切自锁与沙漏效应,应力的差异也源于单元积分点的位置。同一位置的应力值,由于单元类型的不同,通过从积分点差值得到的结果也有差异,这一现象在粗网格中尤其明显,就像本例所示。



来源:FEAonline   有限元在线

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