复杂模型分网技术之自由网格划分：优势与局限性

复杂模型分网技术之自由网格划分：优势与局限性

网格划分是有限元分析计算的前提，也是最耗时耗力的预处理技术。网格划分的质量对有限元计算的精度和效率有着最直接的影响。变形甚至影响解的收敛性。目前比较常见的网络分类软件主要有ANSA、ANSYS、MARC等，本文简单讲解复杂模型的网络分类技术。

自由啮合

自由网格划分是最自动化的网格划分技术之一。它可以自动在曲面（平面、曲面）上生成三角形或四边形网格以及在体上生成四面体网格。通常，2D 面板可自动划分面和网格单元。

对于复杂的几何模型，自动网格划分方法省时省力，但缺点是单元数量较多，甚至可能导致单元达不到预期效果。例如，有些地方需要的单位较少，而有些地方需要的单位较多。什么时候，通常不容易控制。因此，需要对表面进行一些几何分块处理，以获得满足网络细分工作者愿望的计算效率较高的网格。

对于三维复杂模型，只需生成四面体单元，网格划分效率极高。只要设置好相关参数，就可以获得更好的网格。然而，网格的数量取决于几何模型的最小特征。网格数量通常非常大，因此为了获得计算效率较高的有限元网格，通常需要对几何模型进行一些处理。与二维情况类似，可以进行块处理，例如局部细分。

映射网格划分

映射网格划分是常规模型的常规网格划分方法。其最初的概念是：对于曲面来说，只能是四边形曲面，相对边的网格划分数量必须一致，所有形成的单元必须是四边形；对于体来说，只能是六面体，对应的线、面的网格划分数保持不变；所有形成的单元都是六面体。

目前，大多数网络共享软件都大大放宽了这些条件，包括：

对于三维复杂几何模型，通常的做法是利用线面切割功能将其切割成一系列四面体、五面体或六面体，然后对这些切割体进行映射和网格划分。当然，这种纯粹的映射划分方法比较麻烦，需要更多的时间和精力，但可以保证较高的网格质量。

拖动和扫掠网格划分

对于通过拖动、旋转、偏移曲面生成的复杂三维实体，可以先在原始曲面上生成壳单元形式的曲面网格，然后在生成实体的同时自动形成三维实体网格。对于已经形成的三维复杂实体，如果其在某一方向上的拓扑形式始终一致，则可以采用扫掠网格划分功能来划分网格；这两种方法形成的单元几乎都是六面体单元。

三维面板中的功能可以实现单元到面、面到面等多种形式的拖扫。可选择的拉伸方法也有很多种。可根据具体情况灵活选择。通常，使用扫掠的方法是形成网格的一个很好的方法。对于复杂的几何实体，经过一些简单的分割处理，就可以自动形成规则的六面体网格。它比映射网格划分方法具有更大的优点和灵活性。一般情况下，复杂的几何模型必须划分为完整的六面体单元。通过几何处理来划分块，然后使用扫描功能是最重要的划分方法。

ANSA 的情况也类似。 ANSA 是一款非常有利的基于几何的网格划分软件。其表面构造功能非常强大。如果没有体积的概念，模型可以分为块。操作简单但效率很高。高是未来网络子网软件发展的大趋势。

混合网格划分

混合网格划分是指根据各零件的特点，对几何模型采用自由、映射、扫掠等多种网格划分方法，形成整体效果最佳的有限元模型。混合网格划分方法必须从计算精度、计算时间、建模工作量等方面综合考虑。

一般情况下，为了提高计算精度、减少计算时间，首先应该考虑将六面体网格划分在适合扫掠和贴图网格的区域，并尝试通过分割等各种布尔运算创建合适的区域（尤其是网格的区域或部分）。忧虑）;其次，对于不能再划分而必须用四面体自由网格划分的区域，采用带有中节点的六面体单元进行自由网格划分。

自由度耦合和约束方程

对于某些形式的复杂几何模型，可以利用约束方程和自由度耦合函数（ANSYS中的tie函数）来方便创建优良的网格，减少计算规模。

例如，相邻实体独立地划分网格（通常通过映射或扫描），然后“粘合”在一起。由于物体之间不存在几何联系，因此无需考虑它们之间的相互作用。空间网格的影响，因此可以自由地使用多种方法来划分好的网格，并且网格体之间的“粘合”是通过形函数差异与自由度耦合，因此连接处的位移连续性地位绝对可以保证。如果您非常关注连接处的应力，可以在该局部位置建立分区模型进行分析，如下所述。

子模型和其他方式

子模型是一种先分析整体，再分析局部的分析技术（又称切割边界条件法）。对于只关心局部区域准确结果的复杂几何模型，可以使用该方法以尽可能小的工作量获得期望的结果。结果。

过程是：首先建立一个整体分析模型，忽略模型中的一系列小特征，如导角、开口、槽等（因为根据圣维南原理，模型中局部的微小变化并不特别重要）影响整体模型的分析结果），同时在大模型上划分较粗的网格（计算建模工作量很小），施加载荷并完成分析。其次，建立局部模型（与整体模型在同一坐标系下）。这时，添加之前忽略的小特征，并划分细网格（模型的切割边界应尽可能远离关注区域）进行解计算。 。

这种方法的另一个好处是可以在小模型的基础上优化（或任意改变）所关注的小特征，例如改变拐角半径、接缝宽度等；整体模型和局部模型可以使用不同的单元类型，例如整体模型使用板壳单元，局部模型使用实体单元等。

巧妙利用结构对称性对实际工作大有裨益。首先，它可以大大减少计算规模。其次，它可以方便准确边界条件的应用。航空发动机涡轮盘的计算就是一个典型的例子。对于均为轴对称、循环对称、面对称的常规结构和荷载，应首先利用对称性。

总之，对于复杂的几何模型，采用多种手段建立高质量、高计算效率的有限元模型是数值计算的第一步，也是最关键的一步。本文只涉及一些大方向，实际问题涉及面很广。诸如网格过渡和拓扑结构等相关处理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探索、总结和验证，才能最终彻底掌握复杂模型的网格划分计算并灵活运用。 。

--结束--

三点弯曲联合模拟

三点弯曲联合模拟