有限元網(wǎng)格生成方法

2013-06-19  by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM  來(lái)源:仿真在線

作者: 李瑞明 郭連水 王巧暇 范素梅 程軍梅 那佳    來(lái)源: 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 螺紋聯(lián)接 有限元網(wǎng)格劃分方法 混合網(wǎng)格劃分 自由網(wǎng)格 

2 復(fù)雜裝配體有限元網(wǎng)格生成方法
   
復(fù)雜裝配體有限元網(wǎng)格生成方法可歸納為如下三個(gè)方面:

    2.1 復(fù)雜裝配體各零部件的聯(lián)接關(guān)系的處理方法
   
由于要涉及到靜態(tài)接觸非線性及模態(tài)和隨機(jī)振動(dòng)分析,且螺釘、螺栓是一個(gè)重要的關(guān)注焦點(diǎn),所以螺紋聯(lián)接的模擬,采用三維螺栓、螺釘簡(jiǎn)化模型(省略廠螺紋)和螺栓預(yù)緊單元;而接觸的模擬,采用氣維接觸單元。

    2.2 腔體、薄殼體的網(wǎng)格劃分方法
   
由于要計(jì)算3D螺釘、螺栓,所以腔體、薄殼體的網(wǎng)格劃分也要采用3D實(shí)體單元。同時(shí)為減少整體單兀的數(shù)目并提高網(wǎng)格質(zhì)量,將零部件分割成規(guī)則形體再掃掠劃分網(wǎng)格可以將網(wǎng)格全部劃分為六面體。

    2.2.1 腔體劃分方法
   
已經(jīng)建好的三維復(fù)雜實(shí)體,如果其在某個(gè)方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致,則可用(人工或全自動(dòng))掃掠網(wǎng)格劃分功能來(lái)劃分網(wǎng)格;這種方式形成的單元幾乎都是六面體單元。通常,采用掃掠網(wǎng)格劃分方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式,對(duì)于復(fù)雜幾何實(shí)體,經(jīng)過(guò)一些必要的切分、粘接處理,就可以自動(dòng)形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格,它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢(shì)和靈活性。
   
現(xiàn)舉例說(shuō)明。如圖1(a)所示的腔體劃分網(wǎng)格時(shí)可先將其構(gòu)造封閉環(huán)面,切分為內(nèi)外兩層(如圖1(b)所示);再將外面的一層切分為上卜兩層(如圖1(c)所示);之后可以分別采用掃掠網(wǎng)格劃分。

    2.2.2 薄殼體劃分方法
   
將帶有螺紋孔的薄殼體模型切分為螺紋孔處和其它部分,切分之后將各部分粘接在一起,使之在單元網(wǎng)格上保持連續(xù);之后可以分別采用掃掠網(wǎng)格劃分?，F(xiàn)舉例說(shuō)明如下:圖2(a)所示為薄殼體主視圖,在其螺紋孔附近構(gòu)造圓柱面或圓柱面的一部分,其它部分再切分成小塊,可切分成圖2(b)所示的若干殼體的粘接體,這樣各部分都可掃掠劃分,從而可保證對(duì)單元數(shù)目及單元質(zhì)量的有效控制。

2.3 螺釘、螺栓的網(wǎng)格劃分方法
   
采用將螺桿柱面延伸至螺釘(螺栓)頭端面,再用此柱面切分整個(gè)螺釘(螺栓)的方法將螺釘(螺栓)切分為內(nèi)外兩層,之后將切分后的兩個(gè)子實(shí)體粘接在一起就可以分別采用掃掠網(wǎng)格劃分了?，F(xiàn)舉例說(shuō)明:圖3(a)所示為螺釘實(shí)體模型,圖3(b)所示為切割后的爆炸視圖,圖3(c)所示為網(wǎng)格劃分后的結(jié)果。

3 實(shí)例驗(yàn)證
   
以XX型號(hào)部件為例來(lái)驗(yàn)證文中所述網(wǎng)格劃分方法。分別采用自由網(wǎng)格劃分方法及本文所述的混合網(wǎng)格劃分方法對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

    3.1 采用自由網(wǎng)格劃分方法
   
自由網(wǎng)格劃分是自動(dòng)化程度最高的網(wǎng)格劃分技術(shù)之一,它在面上(平面、曲面)可以自動(dòng)生成三角形或四邊形網(wǎng)格,在體上自動(dòng)生成四血體網(wǎng)格。通常情況下,可利用ANSYS的智能尺寸控制技術(shù)(SMARTSIZE命令)來(lái)自動(dòng)控制網(wǎng)格的大小和疏密分布,也可進(jìn)行人工設(shè)置網(wǎng)格的大小(AESIZE,LESIZE,KESIZE,ESIZE等系列命令)并控制疏密分布以及選擇分網(wǎng)算法等(MOPT命令)。對(duì)于復(fù)雜幾何模型而言,這種分網(wǎng)方法省時(shí)省力,但缺點(diǎn)是單元數(shù)量通常會(huì)很大,計(jì)算效率降低,且這種方法對(duì)于三維復(fù)雜模型只能生成四面體單元。如果選用的是六面體單元,則此方法自動(dòng)將六面體單元退化為階次一致的四面體單元,因此,最好不要選用線性的六面體單元,因?yàn)樵搯卧嘶鬄榫€性的四面體單元,具有過(guò)剛的剛度,計(jì)算精度較差;如果選用二次的六面體單元,由于其是退化形式,節(jié)點(diǎn)數(shù)與其六面體原型單元一致,只是有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在同一位置而已,因此,可以利用TCHG命令將模型中的退化形式的四面體單元變化為非退化的四面體單元,減少每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)量,提高求解效率zo裝配體模型采用自由網(wǎng)格劃分后,得到如圖4所示的有限元模型(圖4(a)為整體模型,圖4(b)為其中的螺釘模型)。

    3.2采用混合網(wǎng)格劃分方法
   
混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上,根據(jù)各部位的特點(diǎn),分別采用自由、映射、掃掠等多種網(wǎng)格劃分方式,以形成綜合效果盡量好的有限元模型。采用混合網(wǎng)格劃分(體分別按如上方法切分、掃掠,面則自由劃分)后,得到了如圖5所示的有限元模型。

采用自由網(wǎng)格劃分和混合網(wǎng)格劃分得到的單元及節(jié)點(diǎn)等相關(guān)數(shù)據(jù),列表對(duì)比如下    從上表的數(shù)據(jù)中可以看出:自由網(wǎng)格劃分單元數(shù)目比混合網(wǎng)格劃分單元多近100萬(wàn)個(gè),且單元為四面體;單元階次也比混合分網(wǎng)要低,其單元質(zhì)量比混合網(wǎng)格(六面體)劃分要差。

4 總結(jié)
   
為了提高計(jì)算精度和減少計(jì)算時(shí)間,應(yīng)首先考慮對(duì)適合掃掠和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格,這種網(wǎng)格既可以是線性的(無(wú)中節(jié)點(diǎn))、也可以是二次的(有中節(jié)點(diǎn)),如果無(wú)合適的區(qū)域,應(yīng)盡量通過(guò)切仆等多種布爾運(yùn)算手段來(lái)創(chuàng)建合適的區(qū)域(尤其是對(duì)所關(guān)心的區(qū)域或部位);其次,對(duì)實(shí)在無(wú)法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域,采用帶中節(jié)點(diǎn)的六面體單元進(jìn)行自由分網(wǎng)(自動(dòng)退化成適合于自由劃分形式的單兀),此時(shí),在該fx:域與已進(jìn)行掃掠或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域的交界面上,會(huì)自動(dòng)形成金字塔過(guò)渡單元(無(wú)中節(jié)點(diǎn)的六面體單元沒(méi)有金字塔退化形式),
   
總之,綜合運(yùn)用多種手段建立起高質(zhì)量、高計(jì)算效率的有限元模型是極其重要的,這里介紹的僅僅是很少一部分,必要時(shí)還可以借助專業(yè)的網(wǎng)格劃分軟件(Hypermesh等);而對(duì)許多工程問(wèn)題的不斷摸索、總結(jié)和驗(yàn)證才是最能保證高效處理復(fù)雜模型的手段。

相關(guān)標(biāo)簽搜索：有限元網(wǎng)格生成方法 Ansys有限元培訓(xùn) Ansys workbench培訓(xùn) ansys視頻教程 ansys workbench教程 ansys APDL經(jīng)典教程 ansys資料下載 ansys技術(shù)咨詢 ansys基礎(chǔ)知識(shí) ansys代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Abaqus培訓(xùn)