CAE前处理 | 选择合适的网格密度 | 实体单元(1)


进行有限元分析时使用者很容易陷入两个极端,一是生怕网格数量不够而影响计算精度,使用近乎变态的网格尺寸进行分析,二是轻视网格的重要性,直接盲目地使用软件默认的网格进行处理。前者很容易带来巨大的计算量从而加重分析负担,后者经常拿出不合理的分析结果但却不自知,其中实体单元的分析相对于梁,壳来说更容易出现上述问题,这也是该系列文章准备着重探讨的地方。


问题的产生

如图三种结构分别代表了狭长实体,常规实体,薄壁实体的特征,假设现在需要对这些结构进行有限元计算来得到其刚度和强度性质,那么请问整体和局部至少需要使用多少网格才能较好的捕捉到关注的问题?

说实话,在写这系列文章时笔者并不知道具体多少合适,因为和大多数学习者一样,网格数量的多少大部分时候凭感觉,反正就是:这个网格量应该够了!显然,这样是非常不严谨的。

但是,要对这一问题进行探索并不容易,毕竟不像梁单元,实体结构从受力模式和网格维度方面都要复杂得多,因此,文章内容不可能遍历所有结构特征,只能针对一些典型结构进行对比,得到一些基本的分析规律。

另外需要主要,文章基于的求解器为OptiStruct,不同求解器不同单元类型可能会得到不太一样的结果,所以对于不同的求解器需要针对对应的问题进行各自规律的探索。


问题的剖分


1)对比模型的选择

首先需要明白的一点是:实体结构千变万化,要想得到通用性规律需要根据结构的受力特点得到具有基本特征的对比模型,比如下面支架:


固定螺栓孔,在中部施加向下的集中载荷,每根支臂主要受到弯曲以及扭转载荷,截面内部会产生相应的正应力以及切应力,对于更加复杂的模型以及加载方式会出现更加多样的内力叠加模式,但是无论怎么变化,不可否认的是,典型受载下的悬臂实体或者扭转柱体是进行对比的不二选择:



其次,由于进入到实体领域,很多模型其实不太容易得到精确的解析解,因此对比模型计算结果的误差按照逐渐加密网格后稳定的结果作为参考值,而不刻意去寻求理论解。


2)网格类型的选择

进行有限元分析时,实体结构网格划分根据场合一般会使用低阶六面体,低阶四面体,高阶六面体,高阶四面体:


鉴于现在这些类型的网格现在都比较常用,因此在对比时需要尽量注意全面。


3)分析问题的归类

正常对于一个结构分析有刚度问题和强度问题,大家知道刚度问题是一个全局问题:结构的刚度是全局结构变形累积的体现,而强度问题是一个局部问题:结构的局部应力很多时候只是和局部结构的变化形式有关。因此针对这两个问题的特点,文章将其分类为全局网格和局部网格研究:


4)注意事项

虽然对问题进行了上述剖分,但还是不得不注意几点问题:

①用来探索规律的模型一般比较简单,实际模型比较复杂,而结构强度和刚度的体现首先需要网格离散能够捕捉到整体和局部特征,所以划分的前提是保证这些特征能够被合适的捕捉:

②虽然选择的基本模型能够体现受力的特性,需要注意的是,基本模型毕竟只保留了很少的重要特征,直接移植到复杂模型的应用上一定要经过验证对比,并且知道如何正确的移植

来源于: 仿真求知之路     作者:聪聪