ADINA软件中包含两种划分网格的方式:映射网格(Rule-Based)和自由网格(Free-Form)。映射网格指的是有规律的网格划分方式;自由网格则是无规律的网格划分方式。映射网格对划分实体的形状有特殊要求,自由网格对划分实体的形状无要求。
此处所说的实体形状泛指几何拓扑形状。对于二维实体,四边形(包括曲边四边形)和三角形(包括曲边三角形)能够划分为映射网格;其他不规则实体则只能采用自由网格划分方式。例如,圆面分别由3条曲边和4条曲边构成,映射网格划分和自由网格划分的情况比较如图4-4所示。
对于三维实体,空间四面体、空间五面体和空间六面体都可以划分映射网格,其基本的实体结构如图4-5所示。例如,圆柱体无法直接划分为映射网格,它只能够划分自由网格。如果希望为圆柱体划分映射网格,则需要将圆柱沿着两个直径面切开为4个体(4个空间五面体),如图4-6a所示。空间四面体、五面体和六面体结构的映射网格划分如图4-6b所示,其中右下方的3个实体结构划分采用了退化网格(degenerate)。
图4-4 二维实体映射网格与自由网格划分情况的比较
图4-5 能够划分映射网格的三维实体结构
图4-6 划分映射网格
众所周知,网格质量对于有限元计算的结果有很大影响,某些情况下网格的划分将占据工作的绝大部分时间,因此很多CAE工程师在建模时都追求高质量的网格。划分映射网格不仅美观、单元数量少,而且计算精度高,也自然成为有限元软件和工程师们关注的焦点。能否划分出映射网格和如何划分出高质量的映射网格,其关键在于有限元软件的“切功”。对于复杂的三维实体,很难直接划分出映射网格,必须将其“切开”分解为图4-5和图4-6所示的基本实体结构及衍生结构,才能够划分出映射网格。
ADINA-M模块可以对Parasolid格式的几何模型进行处理及分割操作。图4-7给出了ADINA软件对球体划分映射网格的一种方法,基本的操作步骤如下:
1)分别建立球体和块体,并通过定义Transformation来调节二者之间的对应位置。
2)建立切平面,进行切割操作。(www.xing528.com)
3)删掉不符合要求的体(body)。
4)通过定义Transformation对体(body)进行复制。
5)继续复制体(body),并设定网格密度。
6)定义单元组,划分网格。
图4-7 球体映射网格的划分
对于更复杂的几何实体,使用ADINA软件进行切割操作可能比较费事,或者不能够成功切割。如果希望划分出映射网格,建议采用SolidWorks等专业的CAD软件对几何模型进行加工及切割,然后将其导入到ADINA软件中,指定网格密度后再来划分映射网格,图4-8给出了一个实例。
如果希望对复杂的曲面壳结构划分映射网格,首先需要将体切分为标准几何体(如图4-5所示,也可能需要其他CAD软件辅助来完成),然后为体(body)划分映射网格,然后采用节点拟合的方式为面划分壳网格,此时得到的壳网格将为高质量的映射网格,然后再删除体网格,这种方法也称为“借体生壳法”。
作为一种数值算法,有限元法存在计算误差很正常,只要计算精度能够达到容许要求(详细介绍请参见第6.1节“建模基础与模型设定”),采用什么样的网格形式是次要的,因此不必不惜一切代价地过分追求高质量的映射网格,自由网格划分也依然能够完成计算任务(甚至可以出色地完成任务),剖分高质量的映射网格往往需要花费大量的建模时间。很多计算即使采用高质量的映射网格也不可能完全胜任计算的全过程,仍可能出现单元过度扭曲、过度变形等情况,此时往往需要重新划分网格。对于需要网格重构的模型,初始网格的划分质量相对来说并不是非常重要。
图4-8 对SolidWorks导入ADINA的几何体划分映射网格
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