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复杂结构的有限元网格划分方法比较

2018年03月08日 CAE 阅读 2,910 views 次

4、混合网格划分

混合网格划分即在几何模型上,根据各部位的特点,分别采用自由、映射、扫略等多种网格划分方式,以形成综合效果尽量好的有限元模型。混合网格划分方式要在计算精度、计算时间、建模工作量等方面进行综合考虑。

通常,为了提高计算精度和减少计算时间,应首先考虑对适合于扫略和映射网格划分的区域先划分六面体网格,应尽量通过切分等多种布尔运算手段来创建合适的区域(尤其是对所关心的区域或部位);其次,对实在无法再切分而必须用四面体自由网格划分的区域,采用带中节点的六面体单元进行自由分网。

5、自由度耦合和约束方程

对于某些形式的复杂几何模型,可以利用ANSYS的约束方程和自由度耦合功能(Abaqus中的tie功能)来促成划分出优良的网格并降低计算规模。

比如,将相邻的体在进行独立的网格划分(通常是采用映射或扫略方式)后再"粘结"起来,由于各个体之间在几何上没有联系,因此不用费劲地考虑相互之间网格的影响,所以可以自由地采用多种手段划分出良好的网格,而体之间的网格"粘结"是通过形函数差值来进行自由度耦合的,因此连接位置处的位移连续性可以得到绝对保证,如果非常关注连接处的应力,可以如下面所述再在该局部位置建立子区模型予以分析。

6、子模型等其它手段

子模型是一种先总体、后局部的分析技术(也称为切割边界条件方法),对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型,可采用此手段,以尽量小的工作量来获得想要的结果。

其过程是:先建立总体分析模型,并忽略模型中的一系列细小的特征,如导角、开孔、开槽等(因为根据圣维南原理,模型的局部细小改动并不特别影响模型总的分析结果),同时在该大模型上划分较粗的网格(计算和建模的工作量都很小),施加载荷并完成分析。其次,(在与总体模型相同的坐标系下)建立局部模型,此时将前面忽略的细小特征加上,并划分精细网格(模型的切割边界应离关心的区域尽量远),进行求解计算。关于在ANSYS Workbench中利用子模型技术进行有限元分析的方法可参考文章《Ansys Workbench中子模型分析技术的应用》

该方法的另外好处是:可以在小模型的基础上优化(或任意改变)所关心的细小特征,如改变圆角半径、缝的宽度等;总体模型和局部模型可以采用不同的单元类型,比如,总体模型采用板壳单元,局部模型采用实体单元等。

巧妙地利用结构的对称性对实际工作大有好处,一是可以大大减少计算规模,二是可以便于施加准确的边界条件,航空发动机涡轮盘的计算就是典型的例子。对于常规的结构和载荷都是轴对称、循环对称、平面对称的问题,首先应利用其对称性。

总之,对于复杂几何模型,综合运用多种手段建立起高质量、高计算效率的有限元模型就进行数值计算的最开始最关键的步骤,本文仅仅涉及到一些大的方向,实际问题涉及面广,如网格过度与拓扑结构等相关处理都是网格划分技术中经常遇到的问题,用户只有在实际工作中不断摸索、总结和验证才能最终对复杂模型网格划分计算掌握透彻,灵活运用。

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