我的有限元分析仿真应使用哪种 Abaqus 单元-4：单元质量准则

        在执行有限元分析 (FEA) 时，有许多因素会影响模拟的准确性，其中最关键的可能包括网格尺寸和单元质量。正如您想到的那样，网格尺寸是指单元的几何尺寸：长度、宽度和高度。但是，单元质量有点复杂：在讨论单元质量时，必须考虑几个指标，包括翘曲、纵横比（长宽比）、雅可比、偏斜和最小/最大角度。

        在我们检查不同类型的元素质量指标之前，首先是要了解单元质量为何重要。简而言之，质量更好的网格会产生更准确的结果！但是，当我们说“更好的质量”时，我们到底指的是什么？作为一般规则，更好的质量意味着单元的形状更接近正方形和等边三角形。随着单元偏离这些“完美”形状，形状函数（控制积分点之间的插值）开始分解并产生不太可靠的结果。

第四篇：单元质量检查标准

尽管此列表肯定不全面，但最常见（通常也是最重要）的元素质量度量包括以下（无特定顺序）：纵横比、雅可比式、翘曲、偏斜。

        纵横比是单元最长长度除以其最短长度的量度，本质上是细长元素的指标。虽然没有明确的质量规则，但低于 5 的纵横比通常被认为是良好的质量；但是，根据特定用例，10也可能被认为是可接受的。

        雅可比被认为是最重要的元素质量标准之一，它比其他质量度量要复杂一些。雅可比值用于测量给定元素与理想形状元素的偏差，是通过将参数坐标中的理想元素映射到全局坐标中的实际元素来计算的复杂度量；理想元素需要“拉伸”以匹配实际元素的量是雅可比计算的基础。完美形状的元素的雅可比值为 1.0；但是，任何大于 0.6 的值通常都被认为是可以接受的（当然，取决于您的应用程序和所需的精度水平）。

        翘曲度衡量单元的“弯曲”程度（元素偏离完美平面的量）是一种测量，仅适用于基于四边形的元素（因为 3 节点元素本质上是平面的）。低于 10 的翘曲值通常是可以接受的，翘曲测量值为 0 表示完美的平面元件。

        偏斜度是相对于前面讨论的“完美”元素形状（正方形和等边三角形）的角度偏差的量度。虽然很难实现，尤其是在复杂几何形状的区域中，但理想的偏斜值低于 0.50。

单元质量示例

现在，让我们看一个简单的示例，通过使用悬臂梁执行简单的验证练习，网格质量如何影响预测的准确性。对于这个例子，让我们想象一个长度为 100 毫米的梁和一个 10 毫米 x 10 毫米的实心箱形截面。

        通过执行简单的手工计算并将结果与使用各种网格执行的 FEA 预测进行比较，我们可以观察到元素质量对精度的影响。对于上述情况，手册计算的挠度为 1.92 mm。正如我们在下面的等高线图中看到的，使用高质量网格的挠度预测误差在理论值的 1% 以内，而单元质量差的模型的误差略高于 5%。

最后的想法

        正如本文所见，单元质量会对模拟结果产生显着影响。事实上，较差的网格质量可能会导致完全错误的结果，尤其是当您考虑复合插值错误时，这些误差可能发生在承受复杂载荷的大型模型中。出于这个原因，建议分析师在初始模型构建期对感兴趣的区域（例如潜在的高应力位置）进行网格划分时特别注意。