midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图1

01

漫谈MeshFree中的网格

2018年6月8日,MeshFree V2.0通过技术邻的平台正式发布。自发布以来,MeshFree凭借其免网格划分的技术受到了广大工程师的青睐,用户对我们的软件评价最多的就是方便。诚然,MeshFree最大的优势就是免网格划分,仅需三步骤即可完成一个分析,不需要对模型进行简化,也不需要网格划分的操作。MeshFree开放试用后,我们也是一直在跟进客户的使用体验,也收集到了很多客户在软件使用过程中的问题及疑惑。从今天开始,我们将对这些疑惑作一一的阐释。

今天要重点讨论的是MeshFree中的网格。

请各位搬好小板凳!

MeshFree网格探秘

首先要强调的是,MeshFree并不是无网格,而是免网格划分,即不需要进行网格划分的操作。

MeshFree采用的是全长方体或立方体单元的结构化网格,几乎不需要手动干预,使工程师免受网格划分的痛苦。

那有人就要问了,你全立方体的网格,怎么去拟合不规整的几何呢?确实是,MeshFree之所以能够采用全长方体或立方体单元的网格,其原因在于,我们不是采用的传统有限元的求解方法,而是一种叫做隐式边界法(Implicit Boundary Method,简称IBM)的技术。准确的说,是在边界处采用隐式边界法。

要理解MeshFree的网格,首先需要明确其中的两个概念:Background Grid和Grid。

各位先看下图。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图2

这个图显示的是传统的FEM和MeshFree网格划分的区别。FEM的网格会尽可能地逼近几何的形状特点,但是在MeshFree中,是现根据几何形状形成一个规则的长方体,长方体的大小能够刚好覆盖几何,随后根据默认的网格尺寸,将长方体划分为若干个长方体或立方体单元,此时形成的网格叫做Background Grid。但是并不是所有的Background Grid都会参与计算。程序会自动去除那些没有占据任何几何区域的网格,如上图中红色线框中的网格。剩下的网格就是MeshFree中参与计算的网格,即Grid

Grid中又包含两种网格:部分占据几何区域的(边界区域)、完全占据几何区域的(内部区域)。

边界区域的网格如上图中蓝色线框中的网格,这些网格是真正采用的隐式边界法(IBM),有兴趣的读者可以查阅相关论文去了解隐式边界法的理论及应用。

内部区域的网格如上图中黄色线框中的网格,这些网格采用的方法就是FEM。

下面用一个例子来说明MeshFree中的网格。

①首先新建一个线性分析工况。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图3

②导入CAD文件,分配材料

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图4

③设置接触

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图5

④施加约束边界

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图6

⑤添加力载荷

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图7

进行分析控制

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图8
可以看到有两个关于内存的选项:使用内存量、只使用内存。这里我们使用6GB内存,勾选“只使用内存”。具体这两个选项怎么用,将在后文进行介绍。

⑦提交求解

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图9

在求解过程中,可以在输出窗口实时跟踪求解状态。下图是求解过程中的网格部分,可以看到节点(NODES)、网格(GRIDS)、自由度(DOFS)、方程(EQUATION)数量,显示该模型中网格数量是26490个。

需要强调的是,这里的网格数量不包含没有占据任何几何区域的网格。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图10

求解完后查看结果

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图11

MeshFree利用显卡进行后处理的渲染,其显示效果还是非常理想的。

很多用户发现后处理部分有这么一个选项:无结构化网格、显示结构化网格。两种模式唯一的区别在于是否在后处理中显示网格。

上图显示的是无结构化网格的情况。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图12

 当选择显示结构化网格时,可以在下图中看到本例网格划分的情况。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图13

从图中我们也可以看出,MeshFree在划分网格时,是按照单个个体进行划分,各个体之间的网格相互独立。

MeshFree网格控制

在上述例子中,划分出的网格尺寸是由程序自动选择的,如果内存使用较大,会出现网格数量较多的情况,也会影响计算效率。所以MeshFree是提供了手动控制网格尺寸的功能。如下图所示。

 midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图14

可以对单个个体设置网格尺寸,也可以多选几何体统一设置。

在网格编辑部分,MeshFree提供了三种方法:

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图15

三种方法中,第一种是模糊控制,后两种是精确控制自动网格控制确定了网格密度的相对大小,其网格划分情况只能在后处理中查看;用户定义(数量)定义了X、Y、Z三个方向的网格数量;用户定义(尺寸)定义了所选体的整体网格尺寸。对网格进行精确控制时,可以在前处理中查看划分情况。

模糊控制在这里不作赘述,读者可以自己尝试,比较三种网格密度下的划分情况。

下面通过一个例子来说明两种精确控制网格的方法。

  midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图16

几何模型

①用户定义(数量)

 midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图17

定义网格数量:30×20×40,表示X、Y、Z三个方向的网格划分数量。点击左下角的预览图标,可以查看网格划分情况。

 midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图18

当定义网格数量30×10×20时:

 midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图19

可以看到,此时划分的网格并非立方体,而是长方体。

②用户定义(尺寸)

定义网格尺寸,5mm

 midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图20

点击左下角预览查看网格划分情况。

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图21

定义网格数量2mm:

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图22

可以看到不管设置怎样的网格尺寸,划分出的网格都是立方体的网格。

由于立方体的网格是非常有利于求解计算,所以建议用户如果手动控制网格,尽量选择用户定义(尺寸)。

MeshFree内存设置

前面我们提到,在进行整体的分析控制时,有两个选项,一个是使用内存量,另一个是只使用内存

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图23

软件中也对内存的意义做了简要说明:网格越密,内存使用越多。如果用户定义的网格密度太大,可能会造成内存不足。

所以这里的内存使用量其实是用于限制网格的密度,内存设置得越大,软件划分的网格就越密。但是只对于自动网格有效,如果自定义了数量或者尺寸,网格密度取决于用户选择的数量或尺寸。

很多用户有疑问的在于“只使用内存”选项,勾选“只使用内存”选项表示只会使用内部存储器(电脑的RAM),就是内存条内存,不勾选“只使用内存”选项表示不仅会使用RAM,同时也会调用硬盘的容量。

通过测试多组得到了不同设置下网格划分的情况:

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图24

据此我们可以发现,内存使用量越多,网格划分的越密,而不勾选只使用内存的时候,网格数量是勾选只使用内存时的2倍左右。用户可以根据自己的需求自行选择。

那以上就是我们这次对MeshFree网格的分享,目的是让用户对MeshFree获得更加清晰的认识。大家有什么问题的都可以跟帖留言,midas都非常欢迎!


<北京迈达斯技术有限公司>

迈达斯(MIDAS IT)自1989年开始研发,2000年正式面世成立以来,一直专注于CAE、CFD工程软件自主研发和普及,总部设在韩国,全球已有11家法人700多名专业技术人员,是工程软件领域中亚洲最大的企业。2002年成立中国法人(北京迈达斯),全国已有3,000多家用户。用技术创造幸福是迈达斯公司的信念,我们一直尽最大努力为行业和社会做贡献!

<咨询联系人>

崔星辉 185-1612-8671 

tony.cui@midasit.com 

程春华 187-8290-1965 

chengch@midasit.com

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图25

·END· 

MIDASIT

简单·高效

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图26

① 迈达斯官微

midas MeshFree热点问题集锦 (一) - 漫谈MeshFree中的网格的图27

② 产品官网

登录后免费查看全文
立即登录
App下载
技术邻APP
工程师必备
  • 项目客服
  • 培训客服
  • 平台客服

TOP

3
1
1