垫片广泛用于多种装配件并在密封和传递力方面发挥着重要作用。虽然某些垫片具有简单的几何体和材料组成，但是大多数垫片都具有复杂的结构和材料组成。它们在压缩加载和卸载条件下将展现复杂且高度非线性的行为。根据垫片的精确几何体和材料组成对其进行建模通常不切实际。在现实中，最需要关注的是垫片的力学响应。因此，可以使用特殊的垫片单元模拟垫片行为并避免垫片本身的细节。
垫片单元行为具有以下特殊性：
- 仅产生和传递厚度方向的压缩应力。法向应力。将忽略垫片平面方向的应力和力。因此，即使垫片部件可能粘合到配合部件（通过使用各部件上的相同节点），也最好将连接视为 0 摩擦表面，因为垫片中不会产生剪切力。
- 必须仅使用一个单元在厚度方向上创建网格。
- 在某些情况下，用户需要指明作为顶部和底部的表面。如果垫片的厚度尺寸（压缩方向）大于宽度（垂直于压缩方向），则会发生这种情况。请参见下文。
- 材料属性特定于给定的垫片厚度。
二维垫片单元可以是等参四边形（4 个节点）或三角形（3 个节点）单元。
这些单元被限制在全局 YZ 平面中。单元可以表示平面（平面应变条件）或轴对称条件。在这两种情况下，每个单元节点均具有两个平动自由度（在 Y 和 Z 方向）。
垫片单元的材料模型包括多线性弹性曲线、屈服点、多线性塑性曲线和多个卸载曲线（每个曲线都由多线性曲线定义）的性能。
将载荷应用于表面：
均匀压力、面力和静水压力仅可应用于二维垫片单元的顶面或底面，但不能同时应用于两者。压力的应用方法为更改线的表面编号属性，然后将压力应用于表面。压力将指定给具有较大表面编号的面，即接收压力的单元的面。
选择二维垫片单元的类型
有两种类型的二维垫片单元可用于非线性分析。可以在“单元定义”对话框的“几何类型”下拉框中选择这些单元。
- 轴对称：对于使用围绕 Z 轴的几何、载荷和边界条件对称来对实体进行建模的单元，请选择此几何类型。Y 坐标不得为负。如果节点倾向旋转轴（Z 轴），则必须约束 Y 方向上的平动。使用圆中的弧度数（载荷除以弧度）标准化节点载荷。
图 1：二维轴对称模型
- 平面应变：选择此几何类型可对平面实体进行建模。假设厚度为 1 个单位；需要适当地设置模型中其他部件的设置以考虑垫片厚度的影响。可以使用“厚度(仅限可视化)”字段输入厚度，但是此厚度仅用于“结果”环境中的三维可视化。（请参见浏览器函数页面。）所有输入载荷和结果均基于 1 个单位的厚度。
图 2：二维平面应变
高级二维垫片单元参数
“单元定义”对话框中的其他参数将决定分析期间垫片的行为。
- “分析公式”下拉菜单决定分析中是否包含大变形效应。如果选择“几何非线性”，则将根据当前的垫片变形更改垫片的厚度和方向。几何体更改导致的大变形效应将包括在内。如果选择“线性”，则将通过原始位置计算厚度和方向。假定存在小变形效应并忽略几何体更改导致的效应。
- “积分阶次”下拉菜单设置整个单元的计算精度。对于矩形单元，请选择“2 阶”选项。对于中度扭曲的单元，请选择“3 阶”选项。对于极度扭曲的单元，请选择“4 阶”选项。单元刚度公式的计算时间将以积分阶次的三次方增加。因此，为缩短处理时间，应使用将生成可接受结果的最低积分阶次。
- “稳定系数”字段提供模型的数值稳定性。由于垫片仅在厚度方向上具有刚度，因此垂直于厚度方向的运动可能不稳定，特别执行静态应力分析时和通过垫片连接的部件未通过其他方式约束（连接部件的螺栓、边界条件等）时。如果垫片受到良好约束，则“稳定系数”可以是零。通过“稳定系数”添加的刚度是稳定系数与垫片材料属性曲线的最后一段的刚度之积。由于此选项会将刚度添加到弹性矩阵的对角线项，因此其应足够小以不影响结果的收敛和准确性。
- 仅当将“分析公式”设置为“线性”时，“全面使用默认的初始厚度方向”复选框才可用。激活后，垫片的厚度将设置为由“标量 Y”和“标量 Z”输入指定的恒定厚度。对于节点坐标的数值误差可能对厚度造成重大影响的极薄垫片，此项可能非常有用。
使用二维垫片单元的基本步骤
- 确保已定义单位制。
- 确保模型使用非线性分析类型。
- 创建垫片的网格时，在厚度方向上请使用一个单元。
- 对于要成为二维垫片单元的部件，请在其“单元类型”标题上单击鼠标右键。 提示： 可用于将三维模型转换为二维模型的命令包括：“绘制”
“图案”“重新定位和缩放”、“绘制”“图案”“转动或复制”和“绘制” “修改”“投影到平面”。例如，您可能会无意中在 XY 平面中创建网格。您可以使用“重新定位和缩放”或“转动”命令将网格转动到 YZ 平面。由于舍入，某些节点的 X 坐标值可能较小，从而防止将单元类型设置为“二维”。在这种情况下，请使用“投影到平面”将节点精确捕捉到 YZ 平面。 - 选择“二维垫片”命令。
- 在“单元定义”标题上单击鼠标右键。
- 选择“编辑单元定义”命令。
- 在“单元定义”对话框中指定合适的输入以指定垫片单元的几何体和求解参数。
- 按“确定”按钮。
- 在部件的“材料”标题上单击鼠标右键，然后选择“编辑材料”。输入垫片的材料属性。
- 选择定义垫片的顶面和底面的一个或多个表面。此操作可以在显示区域（“选择”“选择”“表面”）中或在树视图的“表面”分支中执行。（两个面可以位于相同或不同的表面编号上。）单击鼠标右键，然后选择“垫片顶面/底面”。连接顶面和底面的垫片侧面上的线不应位于与顶部或底部表面相同的表面编号上。