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Ansys细化网格的方法

2015年07月04日 CAE 阅读 6,015 views 次

在实际分析中为了提高分析精度,经常需要对模型的网格进行加密。下面将介绍采用手动加密网格和自适应网格划分对Ansys模型进行网格细化的方法,并将各分析结果与理论计算值进行比较。

1、模型

所用模型为一个200mm*100mm*10mm的矩形板,中间带一个直径为40mm的圆孔,如下图所示。沿板两侧施加大小为120MPa的均布载荷。材料的弹性模量为2.06e5,泊松比为0.3.

由于此模型为对称结构,后续分析将采用对称分析,仅建立1/4模型。求解结果为von mises stress应力。

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2、未进行网格细化的模型

为了便于比较,先给定一个初始的网格密度,用5mm的单元长度进行网格划分。如下图所示,模型的单元数为184个,节点214个。

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分析结果如下图所示,最大应力为420.72MPa。

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3、手动加密网格分析

采用手动加密网格法进行网格细化,在Preprocessor->Meshing->MeshTool对话框Global选项中设置单元长度为2.5mm,重新进行网格划分。如下图所示为网格加密后的模型,单元数为691个,节点数为750个。

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重新进行求解,求解结果如下图所示,最大应力为437.244MPa。

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4、自适应网格划分

为了自动调节网格密度,以便提高计算精度,Ansys提供了一种自动估计网格划分误差并细化网格的功能,称作自适应网格划分。该功能可以自动估计特定分析类型中因为网格划分带来的误差。通过这种误差估计,程序可以确定网格是否足够细。如果不够的话程序将自动细化网格以减少误差,然后通过一系列的求解过程使得误差低于用户指定的数值或直到用户指定的最大求解次数。

Ansys自适应网格划分只适用于单次求解的线性静力结构分析和线性稳态热分析,模型必须使用支持误差计算的单元类型,模型必须是可以划分网格的,即模型中不能有引起网格划分出错的部分。

在菜单中选择Solution->Solve->Adaptive Mesh(若该选项未出现,单击菜单底部的Unabridged Menu),填写ADAPT宏参数。如下图所示,最大求解次数NSLON为5,误差目标值STAFART为5,单元最小调整为0.25,单元最大调整为2.单击OK按钮进行自适应网格划分。

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下图所示为采用自适应网格划分方法进行的网格加密,单元数177个,节点数221个。从网格划分结果中可以看出,自适应网格划分并不是对整个模型进行网格加密,而是对会出现应力集中的区域进行网格的局部加密。

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分析结果如下图所示,最大应力为442.305MPa。

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5、理论求解

带孔矩形板受拉问题的解析解可由下式计算:板所受的最大主应力S=K*N,其中K=2+(1-D/W)^3,N=P/((W-D)*T)。式中W、D、T分别表示板的宽、孔的直径及板的厚度;P是板所承受的拉力。

将数值带入以上各式,可求出板所受的最大主应力为443.2MPa。

6、结果分析

将解析解与上述三种分析结果进行比较可以看出,采用自适应网格划分的求解结果最接近解析解,而且所用单元数量少。采用自适应网格划分不但可以提高求解精度,而且可以提高求解速度。采用手动加密网格,对整个模型进行网格细化,也可以提高求解精度,但是随着网格密度的增加,求解单元数量也会大大增加,从而会降低求解速度。

参考文献

商跃进,王红 主编,《有限元原理与Ansys实践》,清华大学出版社,2012.3

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