有限元分析中網格劃分前需要考慮些什么?
在有限元分析中,網格劃分是直接影響計算精度和效率的核心環節。一般理論是這樣,但是在實際的情況下,我們操作起來并非完全按照理論執行。
一方面是網格畫的越細,其消耗的時間會越多,另一方面是會消耗大量計算資源,還有就是計算精度達不到。況且并不是每一個幾何模型進行網格劃分都需要那樣做,這時候就體現出了有經驗的仿真工程師的能力了。
他們在做之前,都會考慮以下這些問題:
1、這是在進行什么類型的分析?
非線性分析對網格的要求通常比線性分析更嚴格。例如,在處理滑動接觸問題時,需要更精細的網格來捕捉變化狀態;對于具有塑性
2、關注的區域在哪里?
如果事先知道關注區域在哪里,與其細化整體網格,不如將單元集中在關注的區域,粗網格通常足夠用于力傳遞,可以用于不需要應力信息的區域。如果事先不知道要關注的區域,可先進行粗網格分析,再來確定后續分析中需要細化的區域。
3、小特征將會如何影響結果?
小孔、圓角、凸角、窄邊等小特征會導致局部化精細網格自動生成,需評估這些特性是否處于關鍵區域、是否會影響加載路徑,以便在求解精度和時間之間做出權衡。
4、需要一個什么樣的結果?
對于線性分析,精確的位移結果不需要像應力結果那樣精細的網格——如果分析是為了確保位移不會太大,那么可以使用較粗的網格,如果分析需要評估結構的應力,在關鍵的區域需要加密網格。
5、在使用什么樣的單元?
有些單元在彎曲時容易變 “剛”,這時需在零件厚度上加密網格以捕捉彎曲行為,避免出現 “鎖定” 問題 。一般來說,帶中間節點的二次單元
此外,不同單元形狀對變形的敏感程度也不同,例如,拉長的六面體單元
在網格生成之后,工程師們可以通過觀察單元的質量來評估網格。單元的質量是非常主觀的,一套網格在一組邊界條件和載荷下給出好的結果,在另一組邊界條件和載荷下可能給出糟糕的結果。
那么對于單元類型該如何進行網格配置?可以按照下面的表參考進行:
單元類型 | 網格要求 | 適用場景 |
線性單元 | 需大量單元抵抗“鎖定”(如彎曲問題厚度方向≥4層) | 簡單接觸、大變形 |
二次單元 | 抗鎖定能力強,但大變形時厚度方向建議≥2層單元 | 超彈性材料、復雜屈曲 |
六面體單元 | 可適度拉伸,長寬比≤10:1 | 規則幾何體 |
四面體單元 | 避免高長寬比(≤3:1),防止小角度導致精度損失 | 復雜拓撲 |
總體來說網格劃分需在精度、效率、工程目標間做到動態平衡,其核心邏輯總結如下:
明確目標:應力/位移/模態?關鍵區域在哪?
按需加密:梯度、接觸、小特征處重點細化。
質量優先:控制長寬比、扭曲度,避免畸形單元。
迭代驗證:收斂性研究與誤差分析必不可少。
雖然CAE軟件
劃分網格之前,工程師們考慮自己分析的條件和關注的因素,有利于防止劃分網格時眉毛胡子一把抓的現象,同時通過批判性地評估結果可以幫助我們更好地去提高結果的質量。
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