机械结构静力、动力学分析中四面体网格和六面体网格的区别及应用

机械结构静力、动力学分析中四面体网格和六面体网格的区别及应用

各种结构和模型在进行机械结构的静态和动态分析时会遇到各种实体结构和形状。实体通常被网格化。常用的形式有两种：四面体网格和六面体网格（图1和图2）。

图1() 图2()

那么这两类网格有什么区别和具体应用呢？下面我用一个简单的模型来回答这个问题。

解析模型：圆柱小凳

材质：（结构钢）

相关定义：下端面固定，在上端面外环面上加2000N向下的力。

图3 小板凳

如右图所示，选择Mesh

（四面体网格），然后设置圆角

内部网格细化（2mm），制作网格如图4所示。

图4 图5

可以看到，局部网格致密区域相对于其他未致密区域的网格较为清晰完整，整体生成的网格也比较规则。接下来，我们设置相关条件并求解，如图6所示。

图6

在划分六面体网格时，为了有更好的对比度，添加了一组没有进行网格细化的组进行比较。

图7 未选择局部网格细化组

图8 圆角处局部网格细化组

从图7和图8可以看出，不进行局部致密化时，求解应力为1.4Mpa（理论值在1.8Mpa左右），以及设置局部致密化后的再生网格线对比（如图8）网格的粗糙度、网格致密区与非致密区的边界明显不如四面体网格那么清晰和规则。

四面体网格可以快速自动生成，无需太多用户干预，并且网格划分成功率很高，适合复杂的几何形状。

与六面体网格相比，四面体网格需要更多的单元节点才能获得相同的结果精度，这将消耗更长的CPU计算时间和更多的数据存储空间。此外，动态分析（例如模态和谐波响应分析）需要统一尺寸的网格，六面体网格仍然是首选，甚至一些显示有限元求解器只接受六面体网格。

但随着模型的复杂度越来越高，四面体网格划分在划分效率方面的优势就会非常明显；四面体网格划分简单，但精度不高，网格数量较多。

六面体网格划分需要花费大量时间，并且对网格划分经验要求较高，但网格数量较少，可以节省计算时间并获得较高的精度。

选择网格时，不能一味追求六面体的美观。你不能只说四面体太麻烦，精度肯定不好。一个完美的网格，并不是所有的位置都做成六面体。相反，需要平衡时间、计算量和精度之间的关系。对于复杂对象，您必须首先确定模型的哪些区域是敏感区域，哪些是非敏感区域。敏感区域可以单独划分为六面体，因为这里往往是梯度比较大的地方。对于六面体，计算可能更准确。对于非敏感区域，如果没有特殊要求（有些计算必须用六面体来做），自然可以使用四个边。身体。对于拓扑特别复杂的区域，四面体网格往往比六面体网格具有更好的网格质量。这是因为四面体的适应性很强，几乎可以适应任何复杂的结构。