ANSYS網格劃分總結大全

2021-03-04 01:05:59 字數 1689 閱讀 5529

3.3 單元階次

許多單元都具有線性、二次和三次等形式,其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。選用高階單元可提高計算精度,因為高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結構的曲線和曲面邊界,且高次插值函式可更高精度地逼近複雜場函式,所以當結構形狀不規則、應力分布或變形很複雜時可以選用高階單元。但高階單元的節點數較多,在網格數量相同的情況下由高階單元組成的模型規模要大得多,因此在使用時應權衡考慮計算精度和時間。

圖6高階單元的有限元網格圖7 高階單元的計算結果

圖6中的有限元模型採用了8節點的單元,圖2中的單元採用了4節點的單元,從其計算結果中可以看出,高階單元在應力集中處即使較粗糙的網格劃分,也可以計算得到較精確的應力值。因此,在有應力集中和剛度突變的地方,應該採用高階單元來對其進行網格劃分。

增加網格數量和單元階次都可以提高計算精度。因此在精度一定的情況下,用高階單元離散結構時應選擇適當的網格數量,太多的網格並不能明顯提高計算精度,反而會使計算時間大大增加。為了兼顧計算精度和計算量,同一結構可以採用不同階次的單元,即精度要求高的重要部位用高階單元,精度要求低的次要部位用低階單元。

不同階次單元之間或採用特殊的過渡單元連線,或採用多點約束等式連線。

3.4 網格質量

網格質量是指網格幾何形狀的合理性。***壞將影響計算精度。質量太差的網格甚至會中止計算。

直觀上看,網格各邊或各個內角相差不大、網格面不過分扭曲、邊節點位於邊界等份點附近的網格質量較好。網格質量可用細長比、錐度比、內角、翹曲量、拉伸值、邊節點位置偏差等指標度量。 劃分網格時一般要求網格質量能達到某些指標要求。

在重點研究的結構關鍵部位,應保證劃分高質量網格,即使是個別質量很差的網格也會引起很大的區域性誤差。而在結構次要部位,網格質量可適當降低。當模型中存在質量很差的網格(稱為畸形網格)時,計算過程將無法進行。

網格分介面和分界點,結構中的一些特殊介面和特殊點應分為網格邊界或節點以便定義材料特性、物理特性、載荷和位移約束條件。即應使網格形式滿足邊界條件特點,而不應讓邊界條件來適應網格。常見的特殊介面和特殊點有材料分介面、幾何尺寸突變面、分布載荷分界線(點)、集中載荷作用點和位移約束作用點等。

單元的質量和數量對求解結果和求解過程影響較大,如果結構單元全部由等邊三角形、正方形、正四面體、立方六面體等單元構成,則求解精度可接近實際值,但由於這種理想情況在實際工程結構中很難做到。因此根據模型的不同特徵,設計不同形狀種類的網格,有助於改善網格的質量和求解精度。單元質量評價一般可採用以下幾個指標:

(1)單元的邊長比、面積比或體積比以正三角形、正四面體、正六面體為參考基準。理想單元的邊長比為1,可接受單元的邊長比的範圍線性單元長寬比小於3,二次單元小於10。對於同形態的單元,線性單元對邊長比的敏感性較高階單元高,非線性比線性分析更敏感。

(2)扭曲度:單元麵內的扭轉和麵外的翹曲程度。

(3)疏密過渡:網格的疏密主要表現為應力梯度方向和橫向過渡情況,應力集中的情況應妥善處理,而對於分析影響較小的區域性特徵應分析其情況,如外圓角的影響比內圓角的影響小的多。

(4)節點編號排布:節點編號對於求解過程中的總體剛度矩陣的元素分布、分析耗時、記憶體及空間有一定的影響。合理的節點、單元編號有助於利用剛度矩陣對稱、帶狀分布、稀疏矩陣等方法提高求解效率,同時要注意消除重複的節點和單元。

3.5 位移協調性

位移協調是指單元上的力和力矩能夠通過節點傳遞相鄰單元。為保證位移協調,乙個單元的節點必須同時也是相鄰單元的節點,而不應是內點或邊界點。相鄰單元的共有節點具有相同的自由度性質。

否則,單元之間須用多點約束等式或約束單元進行約束處理。

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