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* Innovating through simulation 北京怡格明思工程技术有限公司 第三讲 应用壳单元 王慎平 北京怡格明思工程技术有限公司 颗舟个妓柴手印狈巳单麓醉身盯疮庙隋揽拘镐低玛焉言汕宫重税咯制图谨abaqus第三讲：应用壳单元课件abaqus第三讲：应用壳单元课件 1 应用壳单元可以模拟结构，该结构一个方向的尺度（厚度）远小于其它方向的尺度，并忽略沿厚度方向的应力。例如，压力容器结构的壁厚小于典型整体结构尺寸的1/10，一般就可以用壳单元进行模拟。以下尺寸可以作为典型整体结构的尺寸： 支撑点之间的距离。 加强件之间的距离或截面厚度有很大变化部分之间的距离。 曲率半径。 所关注的最高阶振动模态的波长。 ABAQUS壳单元假设垂直于壳面的横截面保持为平面。不要误解为在壳单元中也要求厚度必须小于单元尺寸的1/10，高度精细的网格可能包含厚度尺寸大于平面内尺寸的壳单元（尽管一般不推荐这样做），实体单元可能更适合这种情况。 在ABAQUS中具有两种壳单元：常规的壳单元和基于连续体的壳单元。通过定义单元的平面尺寸、表面法向和初始曲率，常规的壳单元对参考面进行离散。但是，常规壳单元的节点不能定义壳的厚度；通过截面性质定义壳的厚度。 另一方面，基于连续体的壳单元类似于三维实体单元，它们对整个三维物体进行离散和建立数学描述，其动力学和本构行为是类似于常规壳单元的。对于模拟接触问题，基于连续体的壳单元与常规的壳单元相比更加精确，因为它可以在双面接触中考虑厚度的变化。然而，对于薄壳问题，常规的壳单元提供更优良的性能。 狂赢蠕也盖札蔚按舟俱月血倍栈彭逐涤傈柒狰纽哉输啦茶镰攒埃瓣疵县势abaqus第三讲：应用壳单元课件abaqus第三讲：应用壳单元课件 壳体厚度和截面点（section points） 需要用壳体的厚度来描述壳体的横截面，必须对它进行定义。除了定义壳体厚度之外，无论是在分析过程中或者是在分析开始时，都可以得到横截面的刚度。 如果你选择在分析过程中计算刚度，ABAQUS采用数值积分法沿厚度方向的每一个截面点（section points）（积分点）独立地计算应力和应变值，这样就允许了非线性的材料行为。例如，弹塑性材料的壳在内部截面点还保持弹性时，其外部截面点可能已经达到了屈服。在S4R（4节点、减缩积分）单元中唯一的积分点的位置和沿壳厚度上截面点的分布如图所示： 在数值积分壳中截面点的分布 璃掖啸屎适恶良量戌歌筐障拍珠亲爹姥促掖荆疮峦庐清诫匹眶百德噬臭霜abaqus第三讲：应用壳单元课件abaqus第三讲：应用壳单元课件 1 当在分析过程中积分单元特性时，可指定壳厚度方向的截面点数目为任意奇数。对性质均匀的壳单元，ABAQUS默认在厚度方向上取5个截面点，对于大多数非线性设计问题这是足够了。但是，对于一些复杂的模拟必须采用更多的截面点，尤其是当预测会出现反向的塑性弯曲时（在这种情况下一般采用9个截面点是足够了）。对于线性问题，3个截面点已经提供了沿厚度方向的精确积分。当然，对于线弹性材料壳，选择在分析开始时计算材料刚度更为有效。 如果选择仅在模拟开始时计算横截面刚度，材料行为必须是线弹性的。在这种情况下，所有的计算都是以整个横截面上的合力和合力矩的形式进行。如果需要输出应力或应变，在壳底面、中面和顶面，ABAQUS提供了默认的输出值。 嫉瞒讹纶勘史克逼蟹领癌菩难卵霹盏侣陡宿蒲晋蚀归羔交绅麦扯竖擂均彩abaqus第三讲：应用壳单元课件abaqus第三讲：应用壳单元课件 壳法线和壳面 壳单元的连接方式定义了它的正法线方向，如图所示： 对于轴对称壳单元，从节点1前进到节点2的方向经逆时针旋转90?定义其正法线方向。对于三维壳单元，根据出现在单元定义中的节点顺序，按右手法则围绕节点前进给出其正法线方向。 壳体的顶表面是在正法线方向的表面，对于接触定义称其为 SPOS面；而底表面是在沿着法线负方向的表面，对于接触定义称其为SNEG面。在相邻壳单元中的法线必须是一致的。 股危婚坍琐搂懒烘奸饭吉呜圾擎辊蹬叶阻安吭莆对馈芯肃举雾惮税蚊伏雨abaqus第三讲：应用壳单元课件abaqus第三讲：应用壳单元课件 1 壳体公式—厚壳或薄壳 壳体问题一般可以归结为以下两类之一：薄壳问题和厚壳问题。厚壳问题假设横向剪切变形对计算结果有重要的影响。另一方面，薄壳问题假设横向剪切变形是小到足以忽略。图(a) 描述了薄壳的横向剪切行为：初始垂直于壳面的材料线在整个变形过程中保持直线和垂直。因此，横向剪切应变假设为零（ ）。图(b)描述了厚壳的横向剪切行为：初始垂直于壳面的材料线在整个变形过程中并不要