Abaqus中壳单元如何选择？

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如果薄壁构件的厚度远小于其典型的整体结构尺寸（通常小于1/10），并且可以忽略厚度方向上的应力，则可以使用壳单元来模拟结构。壳体问题可分为两类：薄壳问题（忽略横向剪切变形）和厚壳问题（考虑横向剪切变形）。对于单一各向同性材料，当厚跨比小于1/15时，可将其视为薄壳；当大于1/15时，可将其视为厚壳。对于复合材料，这个比率需要更小。
ABAQUS外壳元素可以用多种方式进行分类。按薄壳和厚壳可分为：
1） 通用壳单元：这种单元对薄壳和厚壳问题都有效。
2） 专用壳体单元：包括纯薄型单元和纯厚型单元。
ABAQUS外壳元素也可分为：
1） 常规壳单元：通过定义单元的平面尺寸、表面法线和初始曲率来离散参考面。壳的厚度只能在“截面”属性中定义，不能通过节点定义。
2） 连续体壳单元：与三维实体单元类似，它将整个三维结构离散化。
选择壳单元类型时，可以遵循以下原则。
1） 对于薄壳问题，常规壳单元的性能优于连续壳单元；对于接触问题，连续壳单元的计算结果更准确，因为它可以考虑双面接触中厚度的变化。
2） 如果需要考虑膜模式或弯曲模式的沙漏问题，或者模型中存在面内弯曲，则在ABAQUS/standard中使用S4单元（4节点四边形有限膜应变线性完全集成壳单元）可以获得较高的精度。
3） S4R单元（四节点四边形有限薄膜应变线性约化积分壳单元）性能稳定，适用范围广。
4） S3/s3r单元（三节点三角形有限薄膜应变线性壳单元）可作为通用壳单元。由于单元中的恒定应变近似，有必要划分更细的网格以模拟弯曲变形或高应变梯度。
5） 对于复合材料，为了模拟剪切变形的影响，应使用适用于厚壳的元件（例如S4、S4 R、S3、s3r、s8r），并应注意检查截面是否保持平坦。
6） 四边形或三角形二次壳单元对剪切自锁或膜自锁不敏感，适用于一般小应变薄壳。
7） 在接触模拟中，如果必须使用二次单元，则不要选择stri65单元（三角形二次壳单元），而是选择s9r5单元（9节点四边形壳单元）。
8） 如果模型规模较大且仅显示几何线性，则使用s4r5单元（线性薄壳单元）比一般壳单元节省更多计算成本。
9） 在ABAQUS/explicit中，如果包含任何大旋转和小薄膜应变，则应选择小薄膜应变单元。

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