第
33卷第
4期
2016年
12月河北工程大学学报（自然科学版）
Journal of Hebei University of Engineering (Natural Science Edition)Vol.33 No. 4
Dec. 2016
文章编号：1673 -9469(2016)04 -0005 -05 doi：10. 3969/j. issn. 1673 -9469.2016. 04. 002
悬臂梁不同单元类型计算误差分析
张永超1，佟丽莉1，曹婧2，吕晨1
(1.哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨
150001;
2.哈尔滨师范大学数学科学学院，黑龙江哈尔滨
150025)
摘要：为了研究悬臂梁用不同单元类型计算应力结果与真实测量值的误差和该误差产生的影响
因素。首先，用
ABAQUS有限元软件对悬臂梁结构进行壳单元建模和实体单元建模，分别计算
出
Mises应力值，再用经典材料力学方法计算出相同情况下悬臂梁
Mises应力值，然后用电阻应
变测试法计算出悬臂梁的真实应力值，计算出各种应力计算方法相对于真实测量值的误差。最
后，分别计算不同厚度悬臂梁，用壳单元和实体单元分别计算出的
Mises应力值，将实体单元计
算应力值代替真实测量应力值，得到壳单元计算结果相对于实体单元计算结果的相对误差。研
究结果表明，悬臂梁用实体单元计算出的
Mises应力值相对于壳单元更加接近于真实测量值。
随着悬臂梁厚度的增加，壳单元计算结果的精度越来越小。对于同一厚度的悬臂梁，不同位置
处壳单元计算应力值对于真实值的相对误差近似为一常数。
关键词：悬臂梁；壳单元；实体单元;
Mises应力；相对误差
中图分类号:
TG333.17 文献标识码:
A
Calculation error analysis of cantilever beam of different element types
ZHANG
Yongchao1，TONG
实用文档
文案大全 基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析
（梁单元和实体单元）
对于简支梁，基于 ABAQUS2016，首先用梁单元分析了梁受力作用下的应力，变形，剪力和力矩；对同一模型，并用实体单元进行了相应的分析。另外，还分析了梁结构受力和弯矩作用下的剪力及力矩分析。
对于CAE仿真分析具体细节操作并没有给出详细的操作，不过在后面上传了对应的cae，odb，inp文件。不过要注意的是本文采用的是ABAQUS2016进行计算，低版本可能打不开，可以自己提交inp文件自己计算即可。可以到小木虫搜索：“基于ABAQUS简支梁受力和弯矩的相关分析”进行相应文件下载。
对于一简支梁，其结构简图如下所示，梁的一段受固支，一段受简支，在梁的两端受集中载荷，梁的大直径D=180mm，小直径d=150mm，a=200mm，b=300mm，l=1600mm，F=300000N。现通过梁单元和实体单元分析简支梁的受力情况，变形情况，以及分析其剪力和弯矩等。材料采用45#钢，弹性模量E=2.1e6MPa，泊松比v=0.28。
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图1 简支梁结构简图
1.梁单元分析
ABAQUS2016中对应的文件为beam-shaft.cae ，beam-shaft.odb，beam-shaft.inp。
在建立梁part的时候，采用三维线性实体，按照图1所示尺寸建立，然后在台阶及支撑梁处进行分割，结果如图2所示。 实用文档
文案大全
图2 建立part并分割
接下来为梁结构分配材料，创建材料，定义弹性模量和泊松比，创建梁截面形状，如图3，非别定义两个圆，圆的直接分别为180和150mm。然后创建两个截面，截面选择梁截面，再选择图2中的所有梁，定义梁的方向矢量为（0，0，-1）（点击图3中的n2，n1，t那个图标即可创建梁的方向矢量），最后把创建好的梁赋给梁结构。
图3 创建梁截面形状
接下来装配实体，再创建分析步，在创建分析步的时候，点击主菜单栏的Output，编辑Edit Field Output Request，在SF前面打钩，这样就可以在结果后处理中输出截面剪力和力矩，如图4所示。在Load加载中，在固支处剪力边界条件，约束x，y，z，及绕x和y轴的转动，如图5所示，同理，在固支另一处约束y，z，及绕x和y轴的转动。在梁的两端添加集中力，集中力的大小为300000N。最后对实体部件进行分网，采用B32梁单元，网格尺寸为10。实用文档
midas FEA程序中可以使用的有限元单元类型如下。
桁架单元(truss element)
梁单元(beam element)
平面应力单元(plane stress element)
板单元(plate element)
平面应变单元(plane strain element)
轴对称单元(axisymmetric element)
实体单元(solid element)
弹性连接(elastic link)/节点弹簧(point spring)/节点阻尼(point damping)/
矩阵弹簧(matrix spring)/刚性连接(rigid link)单元
有限元单元由单元类型与节点构成，根据连接节点的顺序确定其单元坐标系。各种单元
将被赋予形状、大小、材料等数据。按不同的单元类型所需的数据如下表。
单元 所需数据
桁架单元 面积、材料
梁单元 截面特性、材料
平面应力单元 厚度、材料
板单元 厚度、材料、材料坐标系
平面应变单元 厚度、材料
轴对称单元 材料 实体单元 材料、材料坐标系
一般来说桁架/梁单元结果不受单元大小的影响，但平面或实体单元随着单元大小和分布
状况其结果会受很大的影响。一般需要单元细分的部位如下：
几何突变部位或洞口周围。
荷载变化很大的部位或集中荷载作用部位。
截面面积/厚度或材料特性不连续的部位。
需要精确了解应力/内力分析结果的部位
为了得到有效的分析模型，除了考虑单元大小，还要考虑单元形状、连接状态和如下几
项。
相邻单元大小差宜小于1/2
当需要计算应力时使用4节点平面单元和8节点实体单元。使用3节点平面单元和4
节点实体单元时使用高阶单元。
平面单元应维持正多边形的形状。四边形各角度维持在45o～135o范围内，三角形
单元维持在30o～150o范围内。
四节点平面单元各节点应在同一平面上。
没有旋转自由度的单元(桁架/平面应力/实体单元)共节点时会发生奇异。MIDAS具
abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法
文章标题：深度了解abaqus实体单元、壳单元、梁单元的定义与用法
一、引言
在工程领域中，模拟和分析结构力学行为是非常重要的。ABAQUS作为有限元分析软件，在工程结构分析和仿真中扮演着重要的角色。在ABAQUS中，实体单元、壳单元和梁单元是常用的元素类型，它们可以用来模拟各种不同类型的结构和力学行为。本文将深入探讨这些单元的定义与用法。
二、实体单元的定义与用法
1. 实体单元是ABAQUS中最基本的有限元单元之一，通常用于模拟具有三维结构的实体物体。它能够准确描述物体的体积和构造。
2. 实体单元适用于模拟压力容器、机械零件、汽车车身等实体结构的力学行为。它能够有效分析结构的应力、应变、变形等力学特性。
3. 在实际工程中，使用实体单元时需要注意单元的类型、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
三、壳单元的定义与用法
1. 壳单元是ABAQUS中常用的二维有限元单元，适用于模拟薄壁结构和板材。它能够准确描述结构的曲率和变形。
2. 壳单元适用于模拟飞机机翼、船体、薄膜结构等薄壁结构的力学行为。它能够有效分析结构的弯曲、剪切、挠曲等力学特性。
3. 在实际工程中，使用壳单元时需要注意单元的厚度、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
四、梁单元的定义与用法
1. 梁单元是ABAQUS中用于模拟杆件和梁结构的有限元单元，适用于描述结构的轴向变形和弯曲变形。
2. 梁单元适用于模拟桥梁、支撑结构、梁柱结构等杆件和梁结构的力学行为。它能够有效分析结构的弯曲、扭转、轴向变形等力学特性。
3. 在实际工程中，使用梁单元时需要注意单元的截面特性、材料特性、边界条件和加载方式，以确保分析结果的准确性和可靠性。
五、个人观点和理解
在工程结构分析中，选择合适的有限元单元对于准确模拟和分析结构的力学行为是至关重要的。实体单元、壳单元和梁单元都有各自的优缺点，工程师需要根据具体的结构特点和分析要求来选取合适的单元类型。合理设置单元的材料特性、边界条件和加载方式也对分析结果的准确性有着重要影响。在工程实践中，需要不断积累经验和调整参数，以提高分析的精度和可靠性。
