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在Ansys中通过局部细化网格提高计算精度
局部细化网格是指在结构不同部位采用大小不同的网格,这是为了适应计算数据的分布特点。在计算数据变化梯度较大的部位(如应力集中处),为了较好地反映数据变化规律,需要采用比较密集的网格。而在计算数据变化梯度较小的部位,为减小模型规模,则应划分相对稀疏的网格。这样,整个结构便表现出疏密不同的网格划分形式。下面通过实例给出网格疏密对计算精度的影响。
1、算例及理论解
使用算例及理论解,参见文章《Ansys高阶单元与低阶单元的计算精度比较》。
2、均匀网格
使用Ansys SHELL181单元,网格大小为10mm时的求解结果如下图所示,最大应力为15.488Mpa。
3、局部细化网格
在Ansys中进行局部网格细化的方法有两种:手动设置方法和自适应网格划分。由上面的求解得知圆孔周边的应力最大,因此采用手动设置方法对圆孔周边的网格进行局部加密。在Ansys中手动局部细化网格的方法可参考文章《在Ansys中局部细化网格的方法》。下图所示为进行局部网格细化后的有限元模型。
下图所示为对模型进行局部网格细化后的求解结果,最大应力为16.832MPa.
4、结论
由上面的分析结果可知,局部网格细化后的求解结果更接近理论值,对模型进行局部网格细化提高了求解精度。由此可见,不同的地方应该采用不同的网格划分,网格数量应增加到结构的关键部位,在次要部位增加网格是不必要的,也是不经济的。
局部网格细化主要用于应力分析(包括静应力和动应力),而计算固有特性时应采用较均匀的网格。这是因为固有频率和振型主要取决于结构质量分布和刚度分布,不存在类似应力集中的现象,采用均匀网格可使结构刚度矩阵和质量矩阵的元素不致相差太大,可减小数值计算误差。同样,在结构温度场计算中也应采用均匀网格。