单元类型选取原则、高质量网格划分技巧

Everley

在Abaqus软件中，单元的构造方式不同，适用范围就不同。在选取单元类型时应综合考虑以下方面：
1）如果希望得到的是节点应力，则尽量不要选用线性减缩积分单元（例如 C3D8R）；
2）如果使用线性减缩积分单元，应注意避免出现沙漏模式；
3）在定义了接触和弹塑性材料的区域，不要使用 C3D20、C3D20R、C3D10 等二次单元；
4）完全积分单元容易出现剪切闭锁和体积闭锁问题，一般情况下尽量不要使用。
5）对于 Abaqus/Standard 分析，如果能够划分四边形（Quad）或六面体（Hex）网格，建议尽量使用非协调单元（例如 C3D8I），同时要注意保证关键部位的单元形状是规则的。
6）如果无法划分六面体（Hex）网格，则应使用修正的二次四面体单元（C3D10M），它适用于接触和弹塑性问题，只是计算代价较大。
7）有些适于 Abaqus/Standard 分析的单元类型不能用于 Abaqus/Explicit 分析中（例如非协调单元）。
8） 对于不可压缩材料，应该选择杂交单元。
如果以上各个方面无法同时兼顾，可以根据所关心问题的侧重有所取舍。要判断当前的网格密度和单元类型是否合适，可以使用“网格收敛性验证”的方法，具体做法是：
首先使用当前的网格密度和单元类型进行分析；然后使用更细化的网格或其他单元类型进行分析，把两次分析的结果进行比较，如果二者相差不大（例如小于2%），说明当前的网格密度和单元类型已经足以保证分析精度了。
要得到高质量的单元网格，应注意以下问题：

1）在狭长的几何区域内，应将网格种子布置得密一些，否则容易出现形状不规则的单元。

2）在使用四边形单元（Quad）或六面体单元（Hex）划分网格时，有两种可供选择的算法：中性轴算法（medial axis）和进阶算法（advancing front）。只要网格种子布置得不是过于稀疏，使用进阶算法往往更容易得到形状规则的网格。

3）几何部件上应尽量避免出现很尖的锐角、很短的边或很小的面，这些地方的单元形状可能会很差。在做分割（partition）操作时，也应注意避免出现这样的问题，如果远离关心区域，可以进行倒圆角等技术处理。

4）划分网格后，可以在Mesh模块中点击菜单 Mesh → Verify，选择 Analysis Checks，检查可能会导致错误或警告信息的单元。

当模型的几何形状很复杂时，很难完全避免出现形状较差的单元。对于 Abaqus/Standard 分析，只要这样的单元所在的位置远离分析所关心的重要部位，一般情况下对分析结果不会有大的影响，可以不必理会。