比较有限元中复杂结构的网格划分方法

网格划分是进行有限元分析和计算的前提,也是最费时间最费精力的一项前处理技术,网格划分的质量对有限元计算的精度和计算效率都有着最为直接的影响,对于大变形的情况甚至影响到解的收敛性。目前比较通用的分网软件主要有Hypermesh、ANSA、ANSYS、MARC等,本文就复杂模型的分网技术进行简明的阐述。

1. 自由网格划分

自由网格划分是自动化程度最高的网格划分技术之一,它在面上(平面、曲面)可以自动生成三角形或四边形网格,在体上自动生成四面体网格。通常情况下,可利用Hypermesh的2D面板的automesh来对面和网格单元自动划分。

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对于复杂几何模型而言,自动分网方法省时省力,但缺点是单元数量甚至会出现单元不能达到预想的效果,如在某些地方需要较少单元,而在另外的地方需要更多的单元时,通常不容易控制。因此需要对面进行一些几何分块处理,以得到符合分网工作者的意愿的具有较高计算效率的网格。

对于三维复杂模型只能生成四面体单元,分网效率极高,只要设置相关参数就等得到较好的网格,但是网格数量取决于几何模型的最小特征,网格数量通常非常大,因此为了获得更高的计算效率的有限元网格,通常要对几何模型进行一些处理,和二维情况类似,可以进行分块处理,如进行局部细分。

2. 映射网格划分

映射网格划分是对规整模型的一种规整网格划分方法,其原始概念是:对于面,只能是四边形面,网格划分数需在对边上保持一致,形成的单元全部为四边形;对于体,只能是六面体,对应线和面的网格划分数保持一致;形成的单元全部为六面体。

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目前大多数分网软件对这些条件有了很大的放宽,包括:

  • 面可以是三角形、四边形、或其它任意多边形。
  • 面上对边的网格划分数可以不同,但有一些限制条件。
  • 面上可以形成全三角形的映射网格。
  • 体可以是四面体、五面体、六面体或其它任意多面体。
  • 体上对应线和面的网格划分数可以不同,但有一些限制条件。

对于三维复杂几何模型而言,通常的做法是利用线面切割功能,将其切割成一系列四、五或六面体,然后对这些切割好的体进行映射网格划分。当然,这种纯粹的映射划分方式比较烦琐,需要的时间和精力较多,但能保证较高的网格质量。 

3. 拖拉、扫略网格划分

对于由面经过拖拉、旋转、偏移等方式生成的复杂三维实体而言,可先在原始面上生成壳单元形式的面网格,然后在生成体的同时自动形成三维实体网格。对于已经形成好了的三维复杂实体,如果其在某个方向上的拓扑形式始终保持一致,则可用扫略网格划分功能来划分网格;这两种方式形成的单元几乎都是六面体单元。

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在Hypermesh三维面板中的solidmap功能,可以实现几种形式的拖拉和扫略,如从单元到面,从面到面,可以选择的拉伸方式也多种,根据具体的情况进行灵活选择,通常,采用扫略方式形成网格是一种非常好的方式,对于复杂几何实体,经过一些简单的切分处理,就可以自动形成规整的六面体网格,它比映射网格划分方式具有更大的优势和灵活性,一般情况下,要把复杂的几何模型划分成完全的六面体单元,通过几何处理来分块,再用扫略功能是最主要的划分方法。


  • 分享于 2018-10-16 19:46
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