geotech-mesh

name	geotech-mesh
version	1.0.0
description	Geotechnical-specific meshing strategies and element selection for Abaqus
description_cn	岩土专用网格策略与单元选择（Abaqus）
triggers	["geotech mesh","岩土网格","土体网格","地层网格","CPE","C3D","CAX","网格加密","映射网格","自由网格","单元类型","缩减积分","沙漏","hourglass","锁定","locking"]
priority	P1
dependencies	[]
author	AbaqusGPT Team
tags	["geotechnical","mesh","element-selection"]

Geotech Mesh | 岩土网格策略

Overview | 概述

Geotechnical-specific meshing strategies, element type selection, and mesh quality guidelines for Abaqus. Covers element formulation pitfalls (locking, hourglassing), mesh density recommendations for different problem types, and transition meshing techniques.

岩土专用网格策略、单元类型选择和网格质量准则。覆盖单元公式陷阱（锁定、沙漏）、不同问题类型的网格密度建议和过渡网格技术。

Capabilities | 能力

1. 岩土常用单元 | Common Geotechnical Elements

2D 平面应变

单元	节点	积分	孔压	适用场景
CPE4	4	全积分	否	不推荐（剪切锁定）
CPE4R	4	缩减积分	否	排水分析（注意沙漏）
CPE4H	4	全积分+混合	否	不可压缩材料
CPE4P	4	全积分	是	耦合固结（推荐）
CPE4PH	4	全积分+混合	是	不可压缩+固结
CPE8	8	全积分	否	精确排水分析
CPE8R	8	缩减积分	否	高精度排水
CPE8P	8	全积分	是	高精度固结
CPE8RP	8	缩减积分	是	大变形固结

3D 实体

单元	节点	积分	孔压	适用场景
C3D8	8	全积分	否	不推荐（锁定严重）
C3D8R	8	缩减积分	否	3D 排水分析
C3D8RH	8	缩减+混合	否	不可压缩 3D
C3D8P	8	全积分	是	3D 固结
C3D8PH	8	全积分+混合	是	不可压缩+固结 3D
C3D20	20	全积分	否	高精度（计算贵）
C3D20RP	20	缩减积分	是	精确 3D 固结

轴对称

单元	适用场景
CAX4 / CAX4R	桩基轴对称排水分析
CAX4P	桩基轴对称固结
CAX8R / CAX8RP	高精度轴对称

特殊单元

单元	用途
CIN3D8 / CINPE4	无限元（远场边界）
COH2D4 / COH3D8	内聚力单元（裂缝/节理）
SFM3D4 / SFM3D4R	表面单元（荷载施加）
CONN2D2 / CONN3D2	连接单元（弹簧/阻尼器）
T2D2 / T3D2	桁架单元（锚杆/土钉）
B21 / B31	梁单元（支撑/桩简化）

2. 单元选择决策树 | Element Selection Decision Tree

分析类型判断
├── 纯力学分析（排水）
│   ├── 2D 平面应变
│   │   ├── 线弹性/小变形 → CPE8R（推荐）
│   │   ├── 大变形/塑性 → CPE4R + hourglass 控制
│   │   └── 不可压缩（ν≈0.5）→ CPE4H / CPE8RH
│   ├── 3D
│   │   ├── 常规 → C3D8R（推荐）
│   │   ├── 应力集中区 → C3D20R
│   │   └── 不可压缩 → C3D8RH
│   └── 轴对称 → CAX4R / CAX8R
├── 耦合固结分析（孔压）
│   ├── 2D → CPE4P（常规）/ CPE8RP（精确）
│   ├── 3D → C3D8P（常规）/ C3D20RP（精确）
│   └── 轴对称 → CAX4P / CAX8RP
└── 动力分析
    ├── 2D → CPE4R（显式）
    └── 3D → C3D8R（显式）

3. 常见单元问题 | Common Element Issues

剪切锁定 (Shear Locking)

• 症状：位移偏小、刚度偏大
• 原因：全积分线性单元（CPE4, C3D8）在弯曲/剪切时假剪切应变
• 解决：
  • 使用缩减积分（CPE4R, C3D8R）
  • 使用二次单元（CPE8, C3D20）
  • 使用不兼容模式（CPE4I, C3D8I）

体积锁定 (Volumetric Locking)

• 症状：接近不可压缩时（ν→0.5）应力振荡
• 原因：体积约束过多
• 解决：
  • 使用混合公式（H 后缀：CPE4H, C3D8PH）
  • 使用缩减积分

沙漏效应 (Hourglassing)

• 症状：单元出现锯齿状变形
• 原因：缩减积分单元的零能量模式
• 解决：

*SECTION CONTROLS, NAME=HOURGLASS_CTRL, HOURGLASS=ENHANCED
*SOLID SECTION, ELSET=SOIL, MATERIAL=SOIL, CONTROLS=HOURGLASS_CTRL

• 检查：沙漏能量 < 总内能的 5%

4. 网格密度指南 | Mesh Density Guidelines

问题类型	关键区域	推荐尺寸
基坑开挖	墙体周围	0.5~1.0m
基坑开挖	远场	3~5m
隧道	洞周 1D 范围	0.2~0.5m
隧道	远场	2~5m
桩基	桩周 3D 范围	0.1~0.3D (D=桩径)
浅基础	基底 2B 范围	0.2~0.5m
边坡	潜在滑面	0.5~1.0m
渗流	水头梯度大处	细化

5. 过渡网格技术 | Mesh Transition

Tie 约束过渡

*TIE, NAME=MESH_TRANSITION
FINE_SURFACE, COARSE_SURFACE

• 粗细网格不需要节点对齐
• 简单有效，推荐使用

梯度网格（Bias/Seeding）

• 在 CAE 中使用 Edge Seed 控制网格密度渐变
• 渐变比不超过 1:3（相邻单元尺寸比）

多实例（Instance）网格

• 不同区域建不同 Part → 不同网格密度
• 用 Tie 连接

6. 网格质量检查 | Mesh Quality Check

指标	可接受范围	理想值
长宽比 (Aspect Ratio)	< 5:1	< 3:1
内角 (Quad)	45°~135°	90°
雅可比 (Jacobian)	> 0.2	> 0.5
翘曲 (Warpage)	< 15°	< 5°

Common Issues | 常见问题

问题	原因	解决方案
固结分析收敛差	网格太粗或 Δt 不匹配	Δt ≥ γ_w/(6Ek) × Δh²
应力结果锯齿状	缩减积分沙漏	加 ENHANCED hourglass 控制
不排水分析位移异常	体积锁定	用混合公式（H 后缀）
应力集中处不准	网格太粗	局部加密
接触面穿透	从面网格太粗	从面网格 ≤ 主面的 2 倍

Usage | 用法

CLI

abaqusgpt ask "基坑开挖用什么单元" --domain geotechnical
abaqusgpt mesh recommend --analysis-type consolidation --geometry solid

Python API

from abaqusgpt.skills.geotech_mesh import GeotechMeshSkill

skill = GeotechMeshSkill()
result = skill.execute({
    "query_type": "element_recommendation",
    "analysis_type": "coupled_consolidation",
    "problem_type": "tunnel",
    "dimensions": "3D"
})