有限元中，分析複雜裝配體，考慮計算機計算能力的基礎之上，不論是不是薄板件，都用實體單元類型，可以嗎？

01-15

如題，整個模型都用實體單元類型，相比較選用二維單元與實體單元混合，除了計算量之外，有什麼劣勢嗎？

我曾經也這麼想過, 不過還是想到一些可能會出現的問題:

1) 實體單元在某種變形下會出現distortion, 也就是單元Jacobian matrix會出現負的determinant. 這在不少軟體裡面是一種"不收斂"的評判標準之一.

2) 不少板殼問題會出現大轉動的現象, 板殼單元做起來更得心應手. 當然實體單元可以做大轉動, 只是需要額外的做一些corotation的工作;

3) 的確是計算量, 劃分網格的時候, 我們希望單元的最大特徵長度和最小特徵長度的比值不要太大, 譬如我們不希望單元像餅像針, 如果模型就是一個薄壁結構, 那就意味著實體單元在沿著壁方向的尺寸和厚度差不多, 那畫面.

希望有幫助.

謝邀

這個問題在庄茁老師的《基於ABAQUS的有限元分析和應用》中有過討論

當採用實體單元模擬受彎構件的時候，不得不考慮四邊形單元帶來的剪切自鎖（shear lockling）和沙漏效應（hourglassing），事實上，在網格比較粗糙的情況下，其帶來的誤差相當大

書中討論了不同單元密度對結果的影響

首先是採用完全積分單元的結果

可見，對於常規的C3D8單元和CSP4單元，其精度最大也不過56%，而且這個精度是在單元相當密集的情況下獲得的。

下面是縮減積分單元

可以看出，採用縮減積分計算的結果又基本上都大於理論值，直到採用較為密集的單元（8*24），才收斂到較好的解。

當然，上述問題採用二次單元都會有所改善。

但是，正如樓上 @ZifengYuan所說的，我們在劃分單元的時候還需要考慮長寬比，對於薄壁結構而言，為了提高精度在厚度上多劃幾層單元，會導致寬度上的單元數目成倍增加。

總的來說，有限元計算中，雖然實體單元可以完成任意形狀的建模計算，但結構單元在解決這些問題的時候往往更為有效，而且在工程中，很多情況下，結構單元的使用率遠高於實體單元，比如橋樑工程中大都採用梁，航空工程中大都採用殼。