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四面体网格,六面体网格,低高阶单元,对比研究

 Esniper 2019-09-30

00 网格怎么选

四面体网格适应性强,自动化高。六面体网格虽然质量高,但划分起来更麻烦。到底该怎么选择?本文用一个例子进行对比研究。

01 几何模型

02 部分网格展示



04 用低阶六面体单元进行仿真计算

某两点的位移随节点数的变化趋势:


某应力梯度较小位置的应力随节点数的变化趋势:

某应力梯度较大位置的应力随节点数的变化趋势:

05 用高阶六面体单元进行仿真计算

某两点的位移随节点数的变化趋势:


某应力梯度较小位置的应力随节点数的变化趋势:


某应力梯度较大位置的应力随节点数的变化趋势:

06 六面体单元的相关结论

    01 位移结果可靠,节点数和单元阶数的影响较小;

    02 应力梯度较小位置的应力结果可靠,节点数和单元阶数的影响较小;

    03 应力梯度较大位置的应力结果不可靠,节点数和单元阶数的影响较大;

07 四面体单元仿真计算与相关结论

    01 高阶四面体单元的位移结果可靠,节点数的影响较小;

    02 低阶四面体单元的位移结果不可靠,建议不要使用;

    03 高阶单元在应力梯度较小位置的应力结果可靠,节点数的影响较小;

    04 低阶单元在应力梯度较小位置的应力结果不可靠,建议不要使用;

    05 应力梯度较大位置的应力结果不可靠,节点数和单元阶数的影响较大;

08 总结论

01 在结构有限元分析中,建议不要使用低阶四面体单元;

02 对于位移结果来说,六面体单元,高阶四面体单元的求解都是可靠的,并且节点数影响较小。

03 在应力梯度较小位置,六面体单元,高阶四面体单元的求解都是可靠的,并且节点数影响较小。

04 在应力梯度较大位置,高阶单元的应力结果比低阶单元大;

05 在应力梯度较大位置,细密网格的应力结果比稀疏网格大;

建议:

 01 如果几何模型规则,很容易得到六面体网格,则首选六面体网格;

 02 如果几何模型不规则,在计算机性能允许下,完全可以使用高阶面体网格;

ps:实际工作中,几何模型一般都是不规则的,所以高阶面体网格可以是最常用的;一般使用技巧就是,在应力梯度小的部分,网格可以适当稀疏;在应力梯度大并且关心的部分,网格必须进行细化。这样的网格,既能控制节点总量不至于超量,也可以得到可靠的位移应力结果。

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