【小刚专栏】CAE网络过渡技术

发布:小刚 | 发布时间: 2009年11月2日

1.网格过渡技术的由来
在CAE分析过程中，考虑到计算成本以及模型率的问题，网格过渡是一名CAE分析师经常遇到的问题，虽然现今计算机的飞速发展为有限单元法的计算提供了优秀的硬件基础，但是如非线性、多体等有限元模型的建立，我们发现现今的机器配置还是无法完全胜任所有的有限元问题，一个高端配置的双核家用机器在不使用NVIDIA显卡加速技术进行计算的情况下能够计算的网格总数保守估计大概为50万个（隐式算法），而使用迭代法进行求解的动态算法则对机器的内存提出了更高的要求；以非线性著称的有限元软件abaqus为例，动态显示算法中往往伴有几何非线性、材料非线性以及接触等非线性因素的存在，在这种情况下我们可以通过改变材料的密度（质量放大系数）来进行人为提速，但是使用了质量放大系数毕竟改变了模型的原有状态，计算存在一定的差距（某些时候差距还比较大），这时就有越来越多的人像通过改变网格模型来减少自己的计算成本，于是网格过渡技术成为比较热的话题。
2.网格过渡技术的初始讨论
在某些CAE分析过程中，尤其是金属材料成型领域（挤压、锻造等），我们常常会遇到这样一种情况，模具的关键位置尺寸极小，如果工件毛坯的初始网格就按照如此小的网格进行划分的话将会出现数量极多的网格，这对实际工程师不利的，于是人们想到在关键位置进行细化，从而可以有效控制单元数量。
2.1二维网格疏密过渡技术探讨
二维网格的疏密过渡比较容易实现，考虑到平面单元和壳单元网格划分方式的相似性，我们以平面单元进行讲解。

如上图所示，上图为两种即为常见的网格过渡技巧，根据hypermesh划分网格质量的分析，我们发现1：2的过渡方式中直角梯形的质量要好于1：3过渡中的等腰梯形。具体划分方法如下：
图中演示均在hypermesh9.0环境下完成。

定义四个点（图中黄色点），间隔1mm（任取），单击drag geoms，选取四个点沿y方向拉伸，具体设置如下：

由于我们不需要生成的曲面，因此在上图中右下角把按键切换到mesh，dele sur项。考虑到网格的长宽比一般在1—2间计算精度的可信度较高，因此这里我们取拉伸方向的长度为宽度方向的一半。
下面我们对这四个网格进行过渡。

在已有网格的基础上使用相同的方式划分出上图中的网格。删除不需要的网格如下图所示：

使用edit element，creat，quad，手工建立空缺网格。检查相应直角梯形的雅克比值，大概为0.67左右，计算可信度较高。

这时有可能会有人问，如果我模型很长，一个一个的建立岂非特别耗时，这里我就想说明一下，我举例的网格初始长度方向和宽度方向网格数目都是4，在过渡完成4：2的网格后，我们可以将生成的网格复制平移，并再次进行网格过渡，如下图所示：

通过上图我们可以很容易的实现4：1的过渡，而且还可以通过相似的方式进行16：1等的比例过渡，由于复制平移网格后网格的数量是按照2次方倍递增的，因此网格的划分工作量也不是很大。
同理，网格的宽度方向也可以按同样的方式过渡：

总之，二维网格过渡技术仅仅是小学几何的高级应用过程，不同的模型有不同的过渡方式。
在过渡完成后，我们要检查edge，

一般来说，检查edge的功能主要是合并不连接的节点，这里容差的选取相对重要，一般来说容差值略小于最小网格尺寸，最小网格尺寸可以由check elements中的length查看得到，生成edge并合并后，我们可以通过F5隐藏网格来观察edge内部有无edge，从而查看网格的正确性。