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3.5 常用单元类型
有限元分析中常用的单元类型有实体单元、壳单元、一维单元、轴对称单元以及连接单元等。真实世界中几乎所有的物体都是三维实体,对应仿真分析中的实体单元。其他类型的单元都是对现实物体做了一定程度的简化,而简化的目的除了帮助理解力学本质,更是在满足一定精度的前提下提高仿真计算效率。例如,将薄壳板结构简化为二维壳单元,将梁、杆以及桁架结构简化为一维单元,相比于实体单元,其网格、节点以及模型自由度数量显著降低,但计算结果并没有大的变化。
3.5.1 实体单元
实体单元用于模拟厚板以及实体结构。通常来说,三个方向的总体尺寸在同一个数量级的结构建议使用实体单元进行模拟,即任意一个方向的尺寸与另外两个方向的尺寸比值小于10。Optistruct提供六面体单元(CHEXA)、三棱柱单元(CPENTA)、金字塔单元(CPYRA)以及四面体单元(CTETRA)四种实体单元,每种单元根据节点数的多少可以分为一阶、二阶单元。实体单元对应的属性卡片为 PSOLID。需要指出的是,实体单元每个节点只有3个移动自由度,没有旋转自由度因此无法直接对实体单元节点施加强制转动载荷。下面以CHEXA单元为例,介绍单元的卡片定义其他单元卡片相似。CHEXA卡片格式见表3-4。
其中,MD引用PSOLD;Gi为节点,当只定义GI-G8时,该单元为一阶单元,当。G20金部定义时,该单元为二阶单元:CORDM、CID/THETA、PH 用来定义复合材料的方白PSOLID 卡片定义见表3-5。
其中,MID为材料ID CORDM为复合材料的材料坐标系统。对于一般分析,只需设置MDg
BPUCIT续行为Optistruct显式分析用,Optistruct2020版本中已经提供了显式分析的bea本,当前这本书不会涉及这方面的内容,续行在这里也就忽略了。
需要指出的是,三棱柱和金字塔单元属于过渡单元,模型中应尽量减少这两类单元的比例。六面休网格相比四面体网格计算精度更高,并且同样网格尺寸下六面体网格数量比四面体网格数少,计算效率也更高。但六面体网格划分技巧性较高,前处理时间通常更长。因此,对于结构相简单的部件,建议尽量划分六面体网格;对于复杂结构,建议使用二阶四面体,其精度与六面体网格近似,网格划分容易,节省前处理时间。
本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》,版权归原作者所有,如有侵犯您的权益,请及时联系我们,我们将立即删除。
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