搜索有限元網(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 來源: 萬方數(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
(l)復(fù)雜裝配休各零部件的聯(lián)接關(guān)系
對復(fù)雜裝配體各零部件的聯(lián)接關(guān)系的模擬,直接關(guān)系到仿真計算的準(zhǔn)確程度。聯(lián)接關(guān)系主要有固連、焊接、螺紋聯(lián)接、接觸等。采用何種關(guān)系模擬,視具體情況及計算結(jié)果的精度要求而定。
(2)復(fù)雜腔體和薄殼體的網(wǎng)格劃分
復(fù)雜腔體和薄殼體是抽取中面采用2D殼單元來模擬還是采用3D實體單元來模擬;若采用3D實體單元,是采用四面體單元(單元數(shù)目多,質(zhì)量差,計算費(fèi)時且精度較六面體為差),還是采用映射、掃掠等方法劃分為六面體單元。這些都是需要解決的問題。
(3)螺釘、螺栓的網(wǎng)格劃分
對于螺釘、螺栓,也要依具體要解決的問題考慮是采用2D桿單元還是3D實體單元;若采用后者,因為復(fù)雜裝配體的單元及節(jié)點(diǎn)數(shù)目本身就已非常大,所以必須考慮怎樣才能將數(shù)目多、質(zhì)量差的四面體單元轉(zhuǎn)化為數(shù)目較少、質(zhì)量較高的六面體單元。
本文研究了帶有螺紋聯(lián)接的復(fù)雜裝配體模型的網(wǎng)格劃分方法,同時將采用自由網(wǎng)格劃分和混合網(wǎng)格劃分生成的有限元模型進(jìn)行比較。
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)振動分析,且螺釘、螺栓是一個重要的關(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實體單元。同時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)雜實體,如果其在某個方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致,則可用(人工或全自動)掃掠網(wǎng)格劃分功能來劃分網(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,對于復(fù)雜幾何實體,經(jīng)過一些必要的切分、粘接處理,就可以自動形成規(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)勢和靈活性。
現(xiàn)舉例說明。如圖1(a)所示的腔體劃分網(wǎng)格時可先將其構(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子實體粘接在一起就可以分別采用掃掠網(wǎng)格劃分了?，F(xiàn)舉例說明:圖3(a)所示為螺釘實體模型,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 實例驗證
以XX型號部件為例來驗證文中所述網(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)可以自動生成三角形或四邊形網(wǎng)格,在體上自動生成四血體網(wǎng)格。通常情況下,可利用ANSYS的智能尺寸控制技術(shù)(SMARTSIZE命令)來自動控制網(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)。對于復(fù)雜幾何模型而言,這種分網(wǎng)方法省時省力,但缺點(diǎn)是單元數(shù)量通常會很大,計算效率降低,且這種方法對于三維復(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,因為該單元退化后為線性的四面體單元,具有過剛的剛度,計算精度較差;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100萬個,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)
為了提高計算精度和減少計算時間,應(yīng)首先考慮對適合掃掠和映射網(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(無中節(jié)點(diǎn))、也可以是二次的(有中節(jié)點(diǎn)),如果無合適的區(qū)域,應(yīng)盡量通過切仆等多種布爾運(yùn)算手段來創(chuàng)建合適的區(qū)域(尤其是對所關(guān)心的區(qū)域或部位);其次,對實在無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)(自動退化成適合于自由劃分形式的單兀),此時,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,會自動形成金字塔過渡單元(無中節(jié)點(diǎn)的六面體單元沒有金字塔退化形式),
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,必要時還可以借助專業(yè)的網(wǎng)格劃分軟件(Hypermesh等);而對許多工程問題的不斷摸索、總結(jié)和驗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 ansys代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Abaqus培訓(xùn)
