【校长技术分享】abaqus 单元嵌入技术

单元嵌入技术

单元嵌入技术

• 用来定义一个或 一组嵌入到主单元组中的单元，主单元的位移响应约束嵌入节点（嵌入单元的节点）的平动自由度和pore presure 自由度；

• 可以在几何非线性和线性分析中使用；

• 不适用于主单元包含转动自由度的情况；

• 可用于模拟嵌入三维实体单元中的钢筋膜，壳或面单元；嵌入三维实体中的杆或者梁单元；或者嵌入三维实体中的其他实体单元；

• 对于嵌入实体中的梁或者壳，不约束梁或者壳节点的转动自由度；

• 可以从abaqus standard 导入abaqus explicit ，反之亦然

下面讨论如下主题：

• 简介

• 可嵌入单元的类型

• 主单元的指定

• 嵌入单元的指定

• 嵌入节点的指定

• 几何容差的定义

• 调整嵌入节点的位置

• 使用其他的多重运动约束

• 嵌入单元面的定义

• 限制

• 例题

• 模板

简介

可嵌入单元的类型

嵌入单元和主体单元可以使用不同的单元类型。但是，所有主体单元只能包含平动和pore presure自由度。嵌入单元节点的平动自由度数目要求和主体单元节点的平动自由度数目一致。如果只有pore presure自由度的FP2D2，FP3D2，FPC2D2和FPC3D2单元嵌入同时有平动和pore presure 自由度的主体单元，只有嵌入单元节点共同拥有的pore presure自由度会被约束。

以下提供典型的可嵌入主体单元的类型：

• 二维模型

• 梁 嵌入 实体

• 实体 嵌入 实体

• 杆 嵌入 实体

• 流体管道 嵌入 实体

• 对称模型

• 膜 嵌入 实体（仅 abaqus/standard）

• 壳 嵌入 实体

• 实体 嵌入 实体

• 面 嵌入 实体（仅 abaqus/standard）

• 三维模型

• 梁 嵌入 实体

• 膜 嵌入 实体

• 壳 嵌入 实体

• 实体 嵌入 实体

• 面 嵌入 实体

• 杆 嵌入 实体

• 流体管道 嵌入 实体

主体单元的指定

默认情况下，在嵌入单元附近的包含嵌入节点的单元会被搜索，嵌入节点会被主体单元的响应约束。如果要排除对某些单元对嵌入点的约束，可以定义一个主体单元集合；模型中的搜索会限制于主体单元的子集。如果嵌入节点靠近模型的不连续区域（如裂纹、接触对等），强烈建议使用这个功能。

嵌入单元的指定

嵌入单元必须指定，单个单元或单元集合都可以。默认情况下，如果abaqus无法将指定的嵌入单元完全嵌入到主体单元中，会发出错误消息。你可以选择部分嵌入，其中只有嵌入单元的位于主单元内部的节点将被约束。

嵌入单元可以和主体单元共享一些节点，这些节点，不会被认为是嵌入的节点。

嵌入节点的指定

你可以指定嵌入节点，单个节点或者节点集合都可以。默认情况下，如果abaqus无法将指定的嵌入节点完全嵌入到主体单元中会发出错误信息。

定义几何容差

几何容差用来定义嵌入节点可以在主体单元区域外的最远距离。默认情况下，嵌入节点

调整嵌入节点的位置

如果一个嵌入节点靠近主体单元的边或面，对其进行微小的位置调整，使其精确地位于主体单元的边或面上，这在计算上是高效的。定义了一个小的公差，在该公差以下，与嵌入节点相关联的主体单元上的单元节点权重因子将归零。这些小的权重因子将根据其初始权重按比例重新分配给主单元上的其他单元节点，并根据新的权重因子调整嵌入节点的位置。此调整仅在分析开始时执行，不会在模型中产生任何应变。这对于微调嵌入节点使其位于主体单元的边缘或面上非常有用。如果使用较大的非默认值来对嵌入节点的位置进行重大调整，您应该仔细检查调整后的网格。

使用其他的多重运动约束

如果嵌入节点也被绑定到多点，方程，运动耦合，基于面的绑定、或者刚体约束，会提示过度约束的错误信息。如果嵌入节点上施加了边界条件，单元上的嵌入优先，边界条件会被忽略，并给出相关的警告信息。

嵌入单元面的定义

限制

• 单元嵌入技术存在如下限制

• 有转动自由度的单元不能作为主体单元

• 嵌入单元的转动、温度、声压和电压自由度不被约束

• 主体单元不能嵌入自己

• 主体单元在相同积分点处的材料定义不能被相同位置的嵌入单元材料替代

• 模型会附加嵌入单元附加的质量和刚度

• 如果将修正的四面体单元作为主体单元，只采用角点节点约束嵌入节点

例题

如图，单元3（杆单元）和4（膜单元）嵌入单元1和2中。单元1由节点a，b，c，d，e，f，g和h；单元2由节点e，f，g，h，i，j，k和l；单元3由节点A，B组成；单元4由节点C，D，E，F组成。如果主体单元由1，2单元组成，嵌入单元由3，4单元组成，abaqus将尝试找到是否存在嵌入节点（A，B，C，D，E和F）在单元1，2中。如果节点A在单元1的a-b-f-e面上，节点A的所有自由度由a，b，f，e约束。类似的，如果B在1单元内部，节点E在单元2的g-k边上，B节点的所有自由度由a,b,c,d,e,f,g,h约束，E节点的所有自由度由g，k约束，权重系数由B在单元1中的位置，E在2单元g-k边的位置所决定。