有限元分析新手必看：如何确定单元类型？

一、1D单元类型

        当模型的一个方向的长度远大于其他两个方向时，可以考虑使用1D单元。1D单元适用于模拟细长结构，如梁、杆等。在OptiStruct中，常用的1D单元包括：

• CBEAM：通用梁单元，能传递轴向力、横向剪切力、弯矩、扭矩等载荷，其属性卡片为PBEAM。
• CBAR：简化版梁单元，相对CBEAM而言，不能考虑截面翘曲，其属性卡片为PBAR。
• CBUSH：通用弹簧阻尼单元，对应的属性卡片为PBUSH。
• CBUSH1D：单向弹簧阻尼单元，相当于只有一个方向上有刚度的CBUSH单元，可以设置非线性刚度和阻尼，其属性卡片为PBUSH1D。
• CROD：杆单元，只能传递轴向力和扭矩，其属性卡片为PROD。
• CWELD：简单轴向梁单元，支持力和力矩，不需要点对点连接，可用于连接曲面片，其属性卡片为PWELD。

        例如，在分析桥梁结构时，可以使用CBEAM单元来模拟桥梁的主梁，因为它们具有明显的轴向长度和较小的截面尺寸。

二、2D单元类型

        当模型的两个方向的长度远大于第三个方向时，可以使用2D单元。2D单元适用于模拟薄板、壳体结构等。在OptiStruct中，常用的2D单元包括：

• CTRIA3：一阶三角形单元，适用于模拟薄膜应变、面外弯曲及剪切，其属性卡片为PSHELL。
• CQUAD4：一阶四边形单元，同样适用于模拟薄膜应变、面外弯曲及剪切，其属性卡片为PSHELL。
• CTRIA6：二阶三角形单元，适用于更精确的模拟需求。
• CQUAD8：二阶四边形单元，适用于更精确的模拟需求。

        例如，在分析飞机机翼或汽车车身时，可以使用CTRIA3或CQUAD4单元来模拟其薄壳结构。

三、3D单元类型

        当模型在三个方向上的长度相差不大时，应使用3D单元。3D单元适用于模拟实体结构，如厚板、实体零件等。在OptiStruct中，常用的3D单元包括：

• CHEXA：六面体单元，适用于模拟实体结构，其属性卡片为PSOLID。
• CPENTA：三棱柱单元，适用于模拟实体结构。
• CPYRA：金字塔单元，适用于模拟实体结构。
• CTETRA：四面体单元，适用于模拟实体结构。

        例如，在分析发动机缸体或建筑结构时，可以使用CHEXA单元来模拟其实体结构。

四、结论

        总而言之，在选择单元类型时，应根据模型的几何特性和分析需求进行选择：

• 1D单元：适用于细长结构

• 2D单元：适用于薄板和壳体结构

• 3D单元：适用于实体结构

通过合理选择单元类型，可以提高分析的准确性和计算效率。