创建实体网格类似于用四面体单元填充体积的过程,而创建壳单元则可比作用三角形来填充面积的过程。
回顾本书的绪论部分,在多数问题中,二次四面体单元和二次三角形单元适用于曲线形的几何体,当划分网格和分析时,用它们进行处理将更为简单。
这些观察验证了在网格划分过程中单元会经历变形的事实,从而引出了网格质量的话题。
当单元在匹配几何体过程中总是处于变形扭曲状态时,过度的扭曲将会导致单元恶化。
网格恶化通常可以通过控制默认单元大小或应用局部网格控制来加以防止。我们已经在很多章节中实践过网格控制。现在,来讨论一下最重要的单元扭曲形式。A.3.1 长宽比检查
当采用均匀、完美的正四面体或正三角形单元时,可以得到精度很好的数值解。对于常见的几何体来说,创建完美的四面体单元网格是不太可能的。对于小边界、弯曲形体、细细特性和尖角等,生成的网格中会有一些边远远长于另外一些边。当单元的边在长度上相差很多时,计算的精度将大打折扣,如图A-5所示。
正四面体的长宽比通常被用作计算其他单元长宽比。一个单元的长宽比定义为最长边与顶点到其相对面法向距离的最小值的比值,其中顶点的相对面需用正四面体正则化。由定义可知,正四面体单元的长宽比为1.0。长宽比检查是程序自动进行的,以检查网格的质量,同时假设4个角点之间用直线相连,如图A-6所示。
图A-4 合并几何体表面后的模型
图A-5 长宽比定义
图A-6 单元的好坏对比
作为长宽比检查的一部分,SolidWorks Simulation还执行边长检查,内切圆和外接圆半径的检查,以及法向长度检查,如图A-7所示。
图A-7 长宽比检查
A.3.2 雅可比检查
同样大小尺寸下,二次单元比线性单元更能精确地匹配弯曲几何体,单元边界上的中波节放置在模型的真实几何体上。在尖劈或弯曲边界,将中波节放置在真实几何体上则会导致产生边缘相互叠加的扭曲单元。(www.xing528.com)
一个极端扭曲单元的雅可比行列式是负的,而具有负雅可比行列式的单元则会导致分析程序终止。
雅可比检查基于一系列点,而这些点位于每个单元中。SolidWorks Simulation提供了两类雅可比检查选择,选择4、16或29个高斯点或【在节上】。
所有中波节均精确位于直边中点的正四面体的雅可比率为1.0。随着边缘曲率的增加,雅可比率也增大。单元内一点的雅可比率是单元在该点处的扭曲程度的度量。对于每个四面体单元,SolidWorks Simulation均计算在这些所选高斯点处的雅可比率。雅可比检查结果如图A-8所示。
图A-8 雅可比检查结果
在通常情况下,雅可比率小于或等于40是可以接受的。SolidWorks Simulation会自动调整扭曲单元中波节的位置,以确保所有的单元均能通过雅可比检查。
即使该网格质量检查没有发出警告信息,避免某些过分“凹”的单元也是良好的习惯。这可以通过使用网格控制或调整整体单元大小来完成。
提示
SolidWorks Simulation试图在90°弧处设置两个单元。结合太大的全局单元,将导致非常小的单元与大单元相邻的情况,如图A-9所示。
如果圆弧角大于90°,整个弧上设置一个单元则会导致“凹”面单元的产生,如图A-10所示。应用网格控制(这里为圆周面)才会建立正确的网格,如图A-11所示。
图A-9 变化剧烈的单元
图A-10 凹面单元
图A-11 应用网格控制后生成的网格
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