ALE方法詳解及各選項(xiàng)卡參數(shù)意義與設(shè)置

1、ALE方法詳解及各選項(xiàng)卡參數(shù)意義與設(shè)置(ABAQUS/Explicit )為了方便理解，先整體介紹一下ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法的基本過程一個(gè)完整的ALE過程可以分為若干個(gè)網(wǎng)格remesh子過程，而每一次remesh的過程可以分為一下兩步：1生成一個(gè)新的網(wǎng)格(create a new mesh)利用各種算法以及控制策略生成一個(gè)良好的網(wǎng)格2環(huán)境變量的轉(zhuǎn)換(advection variales)也就是將舊網(wǎng)格中的變量信息利用remapping技術(shù)轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中，也有不同算法，其中包括靜變量(應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)變場(chǎng)等)的轉(zhuǎn)換與動(dòng)變量(速度場(chǎng)，加速度場(chǎng)等)的轉(zhuǎn)換生成的新網(wǎng)格成功與否則在于對(duì)這兩步的控制首先來看第1個(gè)

2、大部分-對(duì)整個(gè)adaptive remesh過程控制： 包括兩個(gè)方面：一個(gè)是對(duì)adaptive remesh過程的算法控制，另一個(gè)對(duì) adaptive mesh過程強(qiáng)度的控制1. 對(duì)adaptive remesh的算法控制算法控制包括兩部分算法控制，其一為網(wǎng)格算法控制，其二為變量轉(zhuǎn)換算法控制(1) 網(wǎng)格重畫算法控制：在ABAQUS中是如何生成新網(wǎng)格的呢？即使用網(wǎng)格掃掠技術(shù)(mesh sweep technique)，每sweep 一次，生成一套新的網(wǎng)格。但 是當(dāng)你使用的算法不同時(shí)，sweep出來的網(wǎng)格也是不同的，打個(gè)不是很恰當(dāng)?shù)谋确剑河貌煌墓ぞ咦鐾患|西，做出來的質(zhì)量與精度會(huì)不一樣，同樣，

3、用不同的算法來sweep網(wǎng)格,得到的網(wǎng)格質(zhì)量也會(huì)不一樣。在ABAQUS顯示模塊中，sweep算法用英語來說就是 mesh smoothing method，有三種算 法來sweep網(wǎng)格，如下所示：1) 體積算法(volume smoothing )該算法十分健壯，為默認(rèn)算法，再絕大多數(shù)情況下適用2) 拉普拉斯算法(laplacian smoothing )耗費(fèi)資源最少的算法，能力一般，作用與體積算法類似(一階算法，類似于求平均值)，對(duì)于曲率比較高的曲線曲面邊界時(shí)，效果不是很理想3) .等位算法(equipotential smoothing )比較復(fù)雜的算法，是基于拉普拉斯算法的解之上的算法，

4、對(duì)曲率較大的曲線曲面邊 界效果較好，在節(jié)點(diǎn)被非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格包圍時(shí)，次算法為推薦算法，若節(jié)點(diǎn)被結(jié)構(gòu)化 網(wǎng)格包圍，其效果與體積算法類似。三種算法可以結(jié)合適用，利用權(quán)重值來定義，需要記住的是，三種算法各占的權(quán)值加 起來必須等于1。在ABAQUS CAE 中，在step模塊中定義選項(xiàng)卡如下所示：TB tdrt ME Adaptive Me*h ControlsAda-1Mtshng flfid SnwjihnPriortY： * Improve aspect ratio: PtMerva intial rfwertti AdngSnoottwig godthm: DetBFihned by arui/w

5、 product* -Wwngpredictor： t Cutfcnt tJefotired pwrt wPosition from previous AiE adaptive rwiii fererartCuvKure refinmerti IWbht$：Boundary Reon SroothtngMd feature30Tr«ft$itlon Feahre angle： 30Mwh constrart anc: : 3_71Adv<xtsFrst ordfcr 。5«ond orderMoFwntKn Advecbon: § Efemefit cent

6、er projrttjan Hatf -nisx shift(2) 變量轉(zhuǎn)換算法控制：在ABAQUS中是如何將舊網(wǎng)格中的環(huán)境變量轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中的呢？即使用remapping技術(shù)，對(duì)于靜變量(應(yīng)力場(chǎng)，應(yīng)變場(chǎng)，位移場(chǎng)等)的轉(zhuǎn)換(advection), 有兩種算法即為一階算法(first order)與(second order)算法，second order算法適用于所 有問題，為推薦算法，一階算法比較簡(jiǎn)單，占資源少，速度快；對(duì)于動(dòng)變量(速度，加速度等)轉(zhuǎn)換(momentum advection ),也有兩種算法, element center projection method 與 half-i

7、ndex shift method，前者為推薦算法，選擇前者就 ok 了，如果想仔細(xì)研究，查查 ABAqus文檔就 可以了，里面寫的很清楚。在ABAQUS CAE 中，在step模塊中定義選項(xiàng)卡如下所示：Nwne: Ada-LMeshng and SmoothinoPtwrty; * JmprDVB aspect ratio； Presetve 心舊 fnesh 3心0SfnootH-ig gorthm: DstAnrihed by tMhnii product |Meshing prlctor: Q Current defofrrwcf pcstunPofUicrt fromprewus 鮑

8、 E 4d4ptiw mesh ncremeixCurvature r#fnment： 1BoLndary Reon SwcthngInibal30Tr jrrtttxi fey we v-. 30NMh nntraat angfej 60 AdwcbonFr$t p Setefid orderMornentun jdvedion: * Ekmsnt ctntei prcjettionHat-rwjejr shrft2. 對(duì)adaptive remesh過程強(qiáng)度控制在ABAQUS中如何對(duì)adaptive remesh過程的強(qiáng)度進(jìn)行控制呢？ ？這就涉及到一下幾個(gè)（1）Frequency控制（頻率

9、控制），主要是對(duì)整個(gè) step time中網(wǎng)格remesh的次數(shù)進(jìn)行 控制。Remesh次數(shù) n 可以由 n=Increment number /Frequency 來表達(dá)其意義，當(dāng) frequency 的 值為i時(shí)，表示每i個(gè)增量步進(jìn)行一次 remesh；一個(gè)典型的ALE過程，在每5-100個(gè)增量步就需要一次 remesh,對(duì)于拉格朗日問題， 改參數(shù)默認(rèn)值為 10,若變形實(shí)在太大，可適當(dāng)調(diào)高，以增加網(wǎng)格重畫的強(qiáng)度，對(duì)于爆炸， 碰撞等變形時(shí)間極短的問題求解，則在每一個(gè)增量步都需要一次remesh,這時(shí)Frequency的值需要設(shè)置得很小，比如設(shè)為1,當(dāng)然，adaptive remesh過程的強(qiáng)

10、度也很高，也會(huì)很廢時(shí)。對(duì)于其他變形不是很劇烈的問題求解，該參數(shù)值可以適當(dāng)調(diào)高。對(duì)于歐拉問題，默認(rèn)值為1。（2） Mesh Sweeps參數(shù)控制，當(dāng)該參數(shù)的值為n時(shí)，每一個(gè)remesh過程將對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行n次sweep,其實(shí)這個(gè)參數(shù)可以理解為對(duì)整個(gè)adaptive remesh過程的每一個(gè)子過程（remesh過程）的強(qiáng)度進(jìn)行控制。那么，我們先來理解一下sweep的概念，每sweep 一次，abaqus將利用我們?cè)O(shè)置好的算法（體積算法，拉普拉斯算法或等位算法）生成一套新的網(wǎng)格，但這個(gè)網(wǎng)格不一定是符合要求的，因此，需要在生成的新網(wǎng)格的基礎(chǔ)上用同樣的方式再進(jìn)行sweep,就像我們求解方程時(shí)迭代的概念是一樣

11、的。就這樣一直sweep下去直到sweep的次數(shù)達(dá)到 mesh sweeps參數(shù)的值，這樣就完成了一個(gè) remesh過程中的新網(wǎng)格的生成。同樣，mesh sweeps參數(shù)的值越高，adaptive remesh過程強(qiáng)度越高，網(wǎng)格優(yōu)化的狀況良好的機(jī)率也就越大。在ABAQUS CAE 中，在step模塊中定義選項(xiàng)卡如下所示：T1 E dit A1.E Adaptive Mesh Domain接下來看第二個(gè)部分：對(duì)adaptive remesh其他方面控制主要包括以下幾個(gè)參數(shù)設(shè)置：(1) smoothing algorithm 參數(shù)設(shè)置：選項(xiàng): Use enhanced algorithm base

12、d on evolving element geometry主要是在幾何學(xué)的方面對(duì)我們定義的網(wǎng)格sweep算法(前面提到的三種算法)進(jìn)行增強(qiáng)，目的是為了保證adaptive remesh過程的健壯性，為推薦選項(xiàng)，選它就行了選項(xiàng)：conventional smoothing利用我們定義好的算法進(jìn)行計(jì)算，無幾何增強(qiáng)。若需要保持初始網(wǎng)格梯度，則對(duì)對(duì)于拉格朗日問題選擇Improve aspect ratio ,在計(jì)算過程中將考慮到網(wǎng)格單元高寬比的改善，不考慮對(duì)初始網(wǎng)格梯度的保持。對(duì)于歐拉問題選擇：Preserve initial mesh grading ,在計(jì)算過程中保證初始的網(wǎng)格梯 度，但不會(huì)考慮

13、到網(wǎng)格寬高比的改善。n* E dll ALE Adaptive Meth LonlroKMame: Ada-1Meshng. and SmorthogPTiwity： © Jfinproye 十醐WPrtwivt! mih射 mesh grddng5modthng dgorthni; Xornwied by anslysts produdMershrig predKtcr: b Curretl: defevmed potionPtkm from previoys ME adaptive mesh naementCurvaire r«Fnefnenk："|Vdwwt

14、rfc:：1Lapiadan:0SQte； 30MiKbciMUtrMnt anqte; 60|IkMcbonFirst order * Second orderMomerfcum adw燦v & Oemert cotter pfgrtE Hsf-index thtftOK :； CWl :(2)priority參數(shù)設(shè)置：也就是指網(wǎng)格梯度控制(是否保持初始網(wǎng)格梯度, 網(wǎng)格的質(zhì)量將會(huì)有影響)。(3)Meshing predictor 參數(shù)設(shè)置也就是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制（理想的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制，將會(huì)減少需要的網(wǎng)格sweeps次數(shù)，減少資源浪費(fèi)）對(duì)于拉格朗 日問題選擇Current deform

15、ed position ,對(duì)于歐拉問題選擇 Position from previous adaptive mesh increment這里就不細(xì)說了，有興趣的話可以看看文檔(4) Curvature refinement 參數(shù)設(shè)置也就是曲率較大的曲線曲面邊界的網(wǎng)格密度控制，默認(rèn)為 的網(wǎng)格密度也就會(huì)越大，比較簡(jiǎn)單。1,該值越大，則圓角區(qū)(5)Initial remeshing sweeps 參數(shù)設(shè)置mesh sweeps類似，因?yàn)槲覀円簿褪茿LE過程開始之前對(duì)網(wǎng)格的一個(gè)優(yōu)化，概念與有可能利用已經(jīng)變形的很厲害的網(wǎng)格進(jìn)行分析，這時(shí)，在分析開始之前，就需要對(duì) 網(wǎng)格進(jìn)行重畫。在 ABAQUS CAE中

16、的ale mesh control選項(xiàng)卡剩下的參數(shù)就三個(gè)了，即 boundary region smoothing下面的三個(gè)參數(shù)：(1) initial feature angle即初始檢測(cè)角度的設(shè)置，當(dāng)兩個(gè)相鄰的面的法向量大于該角度值的時(shí)候，這兩個(gè)相 鄰面形成的corner將被檢測(cè)出來，在 sweep時(shí)，網(wǎng)格不允許通過這個(gè)corner小于的話就說明，該 corner足夠圓滑，網(wǎng)格可以通過，當(dāng)然，該corner應(yīng)該是具有活性的，對(duì)corner活性的控制由下面一個(gè)參數(shù) (Transition feature angle )控制,否則也 不會(huì)被考慮。(2) Transition feature a

17、ngle控制被檢測(cè)出的corner的活性的，如果被檢測(cè)處的corner的兩面法線夾角大于該值則該corner在ale過程中是會(huì)被考慮的，否則就不會(huì)考慮。(3) Mesh constraint angle控制分析過程的一個(gè)角度參數(shù)，一般大于45度，設(shè)為默認(rèn)值就可以，在分析過程中，當(dāng)網(wǎng)格內(nèi)某一個(gè)角度大于該參數(shù)值時(shí)，分析終止，文檔有詳細(xì)介紹。第三部分 ALE adaptive mesh constraint網(wǎng)格約束方面的控制該部分比較復(fù)雜，內(nèi)容很多，我理解得也不清楚，望有高手指教。一個(gè)5 個(gè)增量步進(jìn)行一次 remesh, mesh sweeps#ALE具體過程可由下圖表示：最后總結(jié)下ALE的一個(gè)總過

18、程，假定每數(shù)值為 m, advectionsweeps的值為 n,ALE自適應(yīng)網(wǎng)格 技術(shù)不支持全積分單元，建議換網(wǎng)格類型試試；自適應(yīng)起的作用不很大，網(wǎng)格變形過大的地方，需要你自己在一開始就劃分很細(xì)的網(wǎng)格；可以著整mesh sweeps參敷，琪哉值是1,可以著將值大一些，或言午畬得到你想要的結(jié)果，i!是我之前 測(cè) 參敷所得到 的ABAQUS/EXPLICIT 的 Adaptive meshing 維持相 同 mesh's topology.可以嘗試增加 mesh sweep的次數(shù)，或者在initial mesh的時(shí)候大概考慮一下變形 因素（目的是讓變形后的 mesh不畸型）.涉及到大變行問題往往要對(duì)單元的算法做些特殊處理，顯示動(dòng)力學(xué)求解器LS_DYNA采用一種ALE方法能夠減輕大變形分析時(shí)網(wǎng)格畸變所帶來的不利影響，當(dāng)然若要很好的理 解什么是 ALE方法，我們可以查找 LS_DYNA 論壇中的有關(guān)論述.值得注意的是