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浅谈ABAQUS单元选择在汽车插接器行业的应用

祁顶春左海清

（河南天海电器有限公司河南鹤壁458030）

摘要：有限单元分析（FEA），也称为有限单元法（FEM），是求解场问题数值解的一种方法。工程中的分析可以概括为对场的

分析，所以说场问题的求解在工程中应用相当广泛。ABAQUS作为全球最流行的分析软件之一，其MESH模块中的单元选择是相当重

要的，本文将对ABAQUS分析软件在汽车插接器行业模拟分析时单元的选择进行详细的阐述。

关键词：ABAQUS、单元选择、精度

Abstract:FiniteElementAnalysis（FEA）,alsoknowasFiniteElementMethod.It’samethodthatsolvingfieldproblemswith

numericalsolution.Engineeringanalysiscanbesummedupasthefieldanalysis,sosolvingfieldproblemsiswidelyusedinthe

engineering.ABAQUSasoneoftheworldsmostpopularsoftware,theelementschooseinitsMESHmoduleisquiteimportant,thepaper

willexpatiateontheelementschooseofvehicleconnectionintheABAQUSsoftware.

keyword:ABAQUS、elementschoose、Accuracy

(一)ABAQUS为什么要进行单元划分

ABAQUS分析软件不同于一般的绘图软件，但它本身也有绘图的功能，它的内部求算精度和速度在一定程度

上取决与你的电脑配置。不同的求算方法所得到的精度也是不同的。相同的求算方法不同的单元选择所得到的结

果也不同。所以说它的最终分析结果是一个近似值。它的内部求算原理我形象地用我国古代数学家刘徽(公元三世

纪)的割圆术来作比喻。我们可通过作圆的内接正多边形，近似求出圆的面积。设有一圆，首先作圆内接正六边形，

把它的面积记为A1；再作圆的内接正十二边形，其面积记为A2；再作圆的内接正二十四边形，其面积记为A3；

依次作下去(一般把内接正6×2n-1边形的面积记为An)可得一系列内接正多边形的面积：A1，A2，A3，…，An，…，它们就构成一列有序数列。我们可以发现，当内接正多边形的边数无限增加时，An也无限接近某一确定的数值(圆的面积)，这个确定的数值在数学上被称为数列A1，A2，A3，…，An，…当n→∞(读作n趋近于无穷大)的极限。相应的在ABAQUS中进行MESH划分时，单元划分的越细，曲面部分单元过渡的越好，就越接近于实体模型，所得到的结果就越精确。

(二)ABAQUS在进行单元划分时单元选择的重要性

针对不同的汽车插接器的力学或电热分析时，不但要选择不同的单元类型，同时还要注意单元属性的选择。

每一个环节错选就可能导致分析不能进行，或者分析不精确，进而增加没有必要的资源浪费，或者由于时间的紧

迫性而错失项目良机。所以说单元选择十分重要。

(三)怎样根据不同的分析选择单元以及容易出现的问题

我们在做分析时，通常是利用三维建模或二维线框来对不同的问题进行研究，相应的也有立体单元和平面单

元之分。用完全积分单元和减缩积分单元的情况比较多。完全积分的单元形状相对来说比较规则，所用的高斯积

分点的数目比较多，这完全可以对单元刚度矩阵中的多项式进行精确的积分。注意：当结构在承受弯曲载荷时，

线性完全积分单元会出现剪切自锁（shearlocking）的问题，造成单元过于刚硬，即使划分很细的网格，由于单元

扩展，计算精度仍然很差。以微分学的观点来考虑受纯弯曲结构中的一小块材料，如下图1所示，材料在弯矩M

作用下产生弯曲，变形前平行于水平轴的直线变成了常曲率曲线，而沿厚度方向上的直线扔保持为直线，水平与

竖直之间的夹角仍保持为90°。这表示在与单元轴线相垂直的平面内是没有剪力作用的的。在这种情况下类似图

2所示的受力问题，就尽量不要再使用线性完全积分单元（包括二维问题和三维问题）。

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图1图2

对汽车插接器进行应力集中问题研究时，最好使用二次完全积分单元进行模拟。由于在单元集中区单元容易

发生很大的变形，用一次完全积分单元时呈线性变化，对变形的模拟不是很理想，而用二次完全积分单元时，单

元的变形呈现曲率变化，整体效果非常适合于集中区域的变形，