一起啃书/壳单元模型

实际工程中有些模型，其厚度相对于其他尺寸较小，按实际模型的特征尺寸（w）与厚度（h）之比划分：当w/h<（5~8）时为厚板，采用实体单元；当（5~8）<w/h<（80~100）时为薄板，可选2D实体或壳单元；当w/h>（80~100）时为薄膜，采用膜单元。WB中有Shell181和Shell281壳单元，其中Shell181采用线性多项式作为形函数，Shell281采用二次多项式作为形函数。

本模型特征尺寸为60mm，厚度为1mm，两者之比为60，属于薄板，可以采用Sell单元分析；另外，载荷位于中心点，圆盘几何形貌默认没有中心点特征，因此必须附加中心点几何特征，可采用以下几种方法：

（1）Slice（切分）模型，在中心点产生几何特征；

（2）Mesh模型，在中心点产生节点特征：

（3）在中心点定义Load Point（硬点）；

（4）定义远程点。

1.为了划分网格而切分（Slice）模型，必须用Form New Part将切分的各件合并。

2.Mesh Metric（网格质量）设置，默认为None。点击可选择网格质量度量标准：Element Quality（单元质量）、Aspect Ratio（纵横比）、Jacobian Ratio（雅可比率）、 Warping Factor（翘曲因子）、Parallel Deviation（平行偏差）、Maximum Corner Angle（最大顶角）、Skewness（倾斜度）、Orthogonal Quality（正交质量）。

• Element Quality：网格综合质量评价标准，范围为0~1,1最佳，0最差。
• Aspect Ratio：依据单元中，点计算的长宽比，最佳为1，即正方形和正三角形。1~5较好，结构分析必须小于20。
• Jacobian Ratio：除了一次三角形、一次四边形、完全对中的二次单元以外，其余单元类型均计算雅可比率，表示单元空间与真实空间的映射关系。因为二次单元比线性单元更能精确地匹配弯曲几何体，这样就容易在曲率大的部位产生扭曲的单元，雅可比率可理解为单元的扭曲度。当中节点位于单元直边中点时为1，结构分析必须小于40。
• Warping Factor：用于单元形式为Quadrangle、Hexagon、Wedge和Pyramid。最佳为0，即无翘曲模型。对于Shell181，超过5出现警告，超过7出现错误提示；其余单元超过1则出现错误提示。
• Parallel Deviation：表示平行偏差角度，最佳为0°，即长方形。超过70°出现警告，超过150°出现错误提示。
• Maximum Corner Angle：表示单元最大顶角，最佳三角形单元为60°，即正三角形，最佳四边形单元为90°，即长方形，超过155°出现警告，超过179.9°出现错误提示。
• Skewness：基本单元质量评价标准，范围为0~1,0最佳，1最差。
• Orthogonal Quality：计算从单元中心到相邻单元中心的矢量以及从单元中心到各面或各边的矢量。最佳为1；最差为0。

3.Mesh中Behavior选择Hard，表示强制按定义规则划网，不需要软件自动参与。

4.Load Point（硬点）是一种特殊的关键点，附属于某线或某面上。网格划分时在硬点位置强制生成一个节点，主要用于施加集中载荷或者后处理。硬点不改变模型的几何形状或拓扑结构，但是硬点所依附的面和体都不再支持映射网格划分。

5.2020R2版本将Element order 改为Quadratic则壳单元变为shell281，以前的版本是将Element Midside Nodes选择为Kept。

6.Remote Point（远程点）是一个抽象点，是把相关联的模型几何特征集中到空间个点，使其具有多种边界条件。Remote Point主要体现在Remote Force（远程力）、Remote Displacement（远程位移）、Point Mass（质点）等边界条件和对应的后处理。

7.Remote Force核心即为Surface Based Constraint Force。如果Remote Force的作用位置在整个承载面上，Remote Force等效为Force与Moment合并于作用面上：如果Remote Force的作用位置仅在承载面中心位置上，Remote Force等效为Force（Moment很小以至忽略）于中心位置，但是由于Remote Force不像集中载荷那样可以加载在点或节点上，作用区域最小必须有一个单元面，因此应力计算结果小于集中载荷结果：如果Remote Force的作用位置远离作用面，Remote Force等效为Force与一个较大的Moment合并于作用面上。

8.就此题而论，采用三维壳单元求解，前面三种方法计算出来的变形与应力结果都基本准确，与理论计算相差无几，最后一种基于远程点的加载方式只有应力结果小于理论值。但是注意集中载荷是一种理想状态，实际工程中纯粹的集中载荷并不存在，同时对比实体模型也可以知道，集中力载荷加载在实体上会出现很大的应力奇异，因此，采用远程力加载是可行的。同时，在实际工程中，仅仅在一个实体上作用力非常少见，大多是通过多个体的相互连接作用，作用力传递到需要校核的零件上，最符合实际工况则是建立多体部件的模型，结果也最准确：但有时某些零件很复杂，且刚度较大，可以将其省略，使用Remote Point加载形式，减少计算规模，结果也相差不大。