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3D单元类型选择对计算结果的显著影响(Element Type)

时间：2022-10-25 来源： 浏览：

3D单元类型选择对计算结果的显著影响(Element Type)

原创 GeotechWu 计算岩土力学
计算岩土力学

GeotechWu

计算岩土力学(Geomechanics)是一个综合的岩土工程(Geotechnical Engineering)信息源。

收录于合集
1 引言
在过去的一篇文章【 岩土问题二维有限元实体单元类型(element types)的选择 】中， 曾经讨论过 二维数值模拟实体单元类型的选择，对于三维数值模拟，实体单元类型的选择以及网格的划分方法更加显著地影响着计算结果。不过，相对于大型通用的数值模拟软件(Abaqus, ANSYS等)来说，岩土工程数值模拟软件的单元类型选择性较小，本文比较了目前流行的商业性软件使用的单元类型，包括 Plaxis3D，OptumG3, RS3和GTS NX , 主要讨论了3DEC使用的单元类型和节点混合离散化(Nodal Mixed Discretization, NMD)算法，使用实例强调了单元类型选择对计算结果的显著影响。这篇文章对学习数值算法特别是3DEC和FLAC3D的同学有参考价值。 
2 单元类型比较
(1) Plaxis3D
Plaxis3D的实体单元只有一种类型，即 10节点的四面体单元， 没有其它选择， 10节点的四面体单元在二维6节点三角形单元的基础之上进行了二阶插值，实践证明能够提供可接受的结果，而且比较容易由网格生成器生成。顺便说一下， Abaqus也提供了10节点的四面体单元(代号为C3D10)。

(2) OptumG3
OptumG3也使用了 10节点的四面体单元，不过它对应力和位移进行了独立的插值，因而计算精度更高一些。下图所示的是使用标准(Standard) 四面体单元和改进的混合(Mixed)四面体单元的计算结果比较。可以明显看出Mixed单元的计算结果更合理一些。

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