预告一下，下一篇我们会非常详细地介绍Code_Aster的命令怎么写，完全实用的操作指导。在此之前，先来理解什么是结构单元，这对于之后的计算设置而言也是一块重要的知识基础。

1 结构单元的定义

1.1 定义原则

• 模拟有中性轴和中性面的结构
• 突出主要的物理现象（弯曲、扭转、膜应力等）
• 保证精度同时减小模型的规模
• 针对某些特定结构有专用模型

1.2 分类

1.2.1 离散单元（0D或1D）

模拟弹簧、质量点、阻尼器等。

支持的单元：POI1 或 SEG2

Code_Aster中的模型：DIS_T, DIS_TR, 2D_DIS_T, 2D_DIS_TR

使用离散单元模拟燃料棒

1.2.2 梁单元、杆单元、索单元（1D）

模拟有中性轴的细长结构，例如直梁或曲梁、桁架，具体到应用场景例如使用梁模型进行蒸汽管的非线性模态分析。

尺寸：L1, L2<<L

支持的单元：SEG2, SEG3

Code_Aster中的模型：

• 直梁：POU_D_E, POU_D_T, POU_D_TG
• 多纤维梁：POU_D_EM, POU_D_TGM
• 杆：2D_BARRE, BARRE
• 索：CABLE

选择合理的模型：

• Euler梁 (POU_D_E*)：细长梁
• Timoshenko梁 (POU_D_T*)：深梁
• 翘曲梁(POU_D_TG*)：薄壁截面 (I, H, L型截面)
• 多纤维梁 (POU_D_*M) : 模拟材料的非线性
• 杆: 钢筋、承受拉压，如钢筋等
• 索: 只能承拉

1.2.3 管道单元（1D）

用于模拟直管和弯管。管道单元是在一个模型中集成梁理论和壳理论的结构单元类型，只适用于环形截面。

支持的网格：SEG3或SEG4（弯管）

Code_Aster中的模型：

• TUYAU_3M (直管和弯管)
• TUYAU_6M (直管)

混合模型：

• Euler-Bernoulli 理论描述纤维的变形
• Love-Kirchoff 描述截面的变形

如何选择合理的模型，我们需要借助梁+壳混合公式，使用Fourier级数表示壳位移：

• TUYAU_3M : 3个Fourier模态
• TUYAU_6M : 6个Fourier模态

此外：

• 薄壁管: 截面厚度-半径比< 0.1 : TUYAU_6M
• 考虑塑性: TUYAU_6M

1.2.4 板壳单元（2D）

模拟存在中性面的细长结构，包括平面中性面（板模型）和曲面中性面（壳模型），e << L1, L2。

支持的网格：

• TRIA3, QUAD4
• TRIA7, QUAD9 (COQUE_3D)

Code_Aster中的模型：

• 板单元 : DKT, DST, Q4G, DKTG, Q4GG
• 壳单元：COQUE_3D

选择正确的模型：

• 平面结构：DKT, DST, Q4G
• 曲面结构：COQUE_3D
• 厚板、厚壳 （厚度-长度比达到1/10时) : DST, Q4G
• 非线性材料：DKT, COQUE_3D
• 考虑大位移：COQUE_3D

2 结构单元的属性

2.1 基本属性

结构单元的属性使用AFFE_CARA_ELE 命令定义，不同的结构单元需要指定的属性。

• 离散单元 （弹簧、质量点、阻尼）：刚度、质量、阻尼矩阵，朝向
• 梁单元：截面几何信息，惯性主轴朝向，曲梁单元的曲率，总体特征
• 杆单元和索单元：截面面积
• 管道单元： 截面信息，环向段数，厚度上的层数
• 板壳单元：厚度，切平面中的坐标系，层数，朝向

2.2 离散单元

使用命令AFFE_CARA_ELEM / DISCRET

2.3 梁单元

使用命令AFFE_CARA_ELEM / POUTRE

2.4 杆单元和索单元

使用命令AFFE_CARA_ELEM / BARRE

2.5 管道单元

使用命令AFFE_CARA_ELEM / POUTRE

2.6 板壳单元

使用命令AFFE_CARA_ELEM / COQUE

>> 注意 !

板壳单元中多层（multi-layers）的概念不同于多材料（multi-material）的概念

multi-layers == 厚度方向上有多个积分点

multi-material == 复合材料（一层为一种材料）

3 不同类型单元间的连接

同时使用多种单元可以节省时间和内存，此时我们需要连接不同的单元，定义线性关系，使用的命令是AFFE_CHAR_MECA（使用文档[u4.44.01]）。

注意必须设置出自由度之间的运动学联系。

3.1 梁单元模型的连接

使用命令AFFE_CHAR_MECA / LIAISON_ELEM

• 三维单元与梁单元连接：3D_POU
• 平面单元与梁单元连接：2D_POU
• 板壳单元与梁单元连接：COQ_POU

char=AFFE_CHAR_MECA(
          MODELE=model,
          LIAISON_ELEM=_F(OPTION='COQ_POU',
                          CARA_ELEM=CAREL,
                          AXE_POUTRE=(1.,0.,0.,),
                          GROUP_MA_1='C1C2',
                          GROUP_NO_2='C'),);

3.2 板壳单元模型的连接

使用命令AFFE_CHAR_MECA / LIAISON_MAIL

• COQUE
• MASSIF_COQUE
• COQUE_MASSIF

char=AFFE_CHAR_MECA(MODELE=model,
          LIAISON_MAIL=_F(
                       TYPE_RACCORD='MASSIF_COQUE',
                       GROUP_MA_ESCL='AB',
                       GROUP_MA_MAIT='M1M2M3M4'),);

3.3 管道单元模型的连接

使用命令AFFE_CHAR_MECA / LIAISON_ELEM

• COQ_TUYAU
• 3D_TUYAU

char=AFFE_CHAR_MECA(
          MODELE=model,
          LIAISON_ELEM=_F(
          OPTION='COQ_TUYAU',
          GROUP_MA_1='CERCL2',
          GROUP_NO_2='NOPOU1',
          CARA_ELEM=CAREL1,
          AXE_POUTRE=(COS30,0.5,0.0,),
                     ),);

4 结构单元的后处理

4.1 “子点”

子点是结构单元厚度方向上的积分点。

对于板壳单元，每层3个子点；对于多纤维梁单元，每个纤维和每个截面网格1个子点；对于管道单元，每层和每个环向段3个子点。

4.2 结构单元后处理

后处理命令（CALC_CHAMP / IMPR_RESU）注意事项：

• 场为用户坐标系上的场
• *_ELGA场定义在所有的子点上
• *_ELNO场由*_ELGA场计算得到（不适用于梁单元和管道单元）
• *_NOEU场定义在一层上，在一个点上，由*_ELNO 场计算得到（不适用于梁单元和管道单元）

使用MODI_REPERE命令可进行坐标系变换。

4.3 结果可视化

子点上场的可视化：

# Post-treatment
IMPR_RESU(FORMAT='MED', UNITE=41,
    RESU=_F(RESULTAT=RESU, CARA_ELEM=CAEL, 
    NOM_CHAM =("SIEF_ELGA","EPSI_ELGA"),),
)

IMPR_RESU(FORMAT='MED', UNITE=42,
    RESU=_F(RESULTAT=RESU, CARA_ELEM=CAEL, 
    NOM_CHAM ="VARI_ELGA", IMPR_NOM_VARI="NON" ),
)

在ParaVis中显示模式为Point Gaussian。