SOLIDWORKSSimulation實(shí)體網(wǎng)格劃分原則和檢查技巧

SOLIDWORKSSimulation實(shí)體網(wǎng)格劃分原則和檢查技巧摘要:在SOLIDWORKSSimulation中的實(shí)體網(wǎng)格可分為三種：標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格，基于曲率的網(wǎng)格，基于混合曲率的網(wǎng)格，還分為草稿品質(zhì)和高品質(zhì)的網(wǎng)格兩類。剛接觸SOLIDWORKSSimulation的工程師對(duì)于如何選擇網(wǎng)格往往比較迷惑。我們?cè)谶@...一、實(shí)體網(wǎng)格劃分規(guī)律首先我們來(lái)看一下三種網(wǎng)格的區(qū)別：1、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格：HYPERLINKSOLIDWORKS軟件按照Voronoi-Delaunay網(wǎng)格化方案進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然而，當(dāng)用這種方法劃分有小特征或者曲率的幾何模型時(shí)，會(huì)生成高寬比大或者失效的網(wǎng)格。這種方法在劃分對(duì)稱網(wǎng)格時(shí)是比較有效。2、基于曲率的網(wǎng)格：使用高級(jí)技術(shù)將模型的網(wǎng)格劃分為有限單元。基于曲率的網(wǎng)格算法用可變化的單元大小來(lái)生成網(wǎng)格，有利千在幾何體的細(xì)小特征處獲得精確的結(jié)果。注：基于曲率的網(wǎng)格支持表面和體的多核計(jì)算，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格僅支持體的多核計(jì)算3、基于混合曲率的網(wǎng)格：對(duì)于無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)或基于曲率的網(wǎng)格劃分網(wǎng)格的模型，可以嘗試使用基于混合曲率的網(wǎng)格，。它可以劃分出比標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格或基于曲率的網(wǎng)格品質(zhì)跟高的網(wǎng)格。但是這種方法不支持多核。4、草稿品質(zhì)網(wǎng)格：為實(shí)體創(chuàng)建線性四面體單元，有4個(gè)節(jié)點(diǎn)和5條邊線。5、高品質(zhì)網(wǎng)格：為實(shí)體創(chuàng)建拋物線實(shí)體單元，高品質(zhì)網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)和自由度比草稿品質(zhì)更多，因此計(jì)算更加準(zhǔn)確。根據(jù)以上幾種網(wǎng)格的特點(diǎn)，我們可以對(duì)劃分網(wǎng)格的規(guī)律做如下總結(jié)：1、針對(duì)一般模型，推薦使用第二種劃分方法——基于曲率的網(wǎng)格。因?yàn)樵诠こ躺贤耆珱](méi)有曲率的零件很少，因此使用基于曲率的網(wǎng)格能夠在高曲率位置得到更高的網(wǎng)格。同時(shí)也可以使用電腦的多核計(jì)算。2、如果劃分網(wǎng)格失敗，又找不出模型的問(wèn)題所在，可以嘗試使用第三種方法——基于混合曲率的網(wǎng)格進(jìn)行嘗試。但是這種方法不支持多核，因此速度會(huì)比較慢。3、標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格應(yīng)用較少，除非零件的曲面較少或者計(jì)算機(jī)的資源確實(shí)不足，可以使用第一種方法劃分。4、在驗(yàn)證算例能否完成計(jì)算的時(shí)候可以使用草稿品質(zhì)網(wǎng)格，正式計(jì)算使用高品質(zhì)網(wǎng)格以提高精度。5、實(shí)體單元最少要有兩層以上的單元才能得到較為精確的結(jié)果。二、網(wǎng)格檢查技巧SOLIDWORKSSimulation檢查網(wǎng)格的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)——高寬比和雅可比檢查。1、高寬比：?jiǎn)卧娜切伍L(zhǎng)邊與短邊比值，長(zhǎng)寬比過(guò)大會(huì)造成計(jì)算精度降低，較大的高寬比一般會(huì)出現(xiàn)在小邊界、彎曲形體、細(xì)小特征和尖角等處，我們可以通過(guò)局部加密網(wǎng)格或者改變結(jié)構(gòu)的方式提高精度。2、雅可比檢查：高品質(zhì)網(wǎng)格的中間節(jié)點(diǎn)離開(kāi)邊線的距離。這是評(píng)判單元扭曲度的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只在高品質(zhì)網(wǎng)格可用，因?yàn)橹挥懈咂焚|(zhì)網(wǎng)格才有中間節(jié)點(diǎn)。在尖銳度或曲度極大的邊界中，在實(shí)際幾何體上放置中側(cè)節(jié)點(diǎn)會(huì)創(chuàng)建出邊線相互交叉的變形元素。極度變形的單元雅可比比率甚至?xí)兂韶?fù)數(shù)，導(dǎo)致分析停止。在SOLIDWORKSSimulation中認(rèn)為小于或等于40是可以接受的。我們可以在算例生成網(wǎng)格后再在算例樹(shù)的網(wǎng)格上單擊右鍵，然后生成網(wǎng)格品質(zhì)圖解來(lái)查看網(wǎng)格的質(zhì)量。如下圖所示生成網(wǎng)格圖解選項(xiàng)里有三項(xiàng):網(wǎng)格，高寬比例，雅可比。如下圖所示。在這里我們對(duì)同一個(gè)模型使用三種不同單元?jiǎng)澐址椒ㄟM(jìn)行劃分，精度滑塊都按默認(rèn)級(jí)別，都采用高品質(zhì)網(wǎng)格劃分，并利用網(wǎng)格品質(zhì)圖解進(jìn)行高寬比比較，以驗(yàn)證前面對(duì)三種劃分方法的區(qū)別。有興趣的工程師可以自己驗(yàn)證下雅可比檢查的規(guī)律。生成網(wǎng)格后對(duì)他們進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格的高寬比為12、基于曲率網(wǎng)格的高寬比為9.87、基于混合曲率的網(wǎng)格高寬比為8.42，三種方法的網(wǎng)格品質(zhì)是越來(lái)越好的。并且紅色部分都出現(xiàn)在圓角與平面的過(guò)渡位置，也就是小邊界產(chǎn)生的位置。為了進(jìn)一步觀察實(shí)體內(nèi)部的網(wǎng)格，我們可以在品質(zhì)圖解上右鍵，然后選擇網(wǎng)格剖分，將剖面拖拽到紅色網(wǎng)格的位置，這樣既能將實(shí)體剖開(kāi)，同時(shí)保持網(wǎng)格的完整性。通過(guò)這樣的方法就可以讓我們更直觀的觀察出整個(gè)零件的網(wǎng)格質(zhì)量，當(dāng)前網(wǎng)格長(zhǎng)寬比過(guò)高是由圓弧與平面相交所產(chǎn)生的細(xì)小邊界引起的。我們對(duì)邊線進(jìn)行倒角處理，以消除細(xì)小邊界，然后再對(duì)基于曲率的網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。這里我們看到，通過(guò)倒圓角，基于曲率的網(wǎng)格最大高寬比從原來(lái)的9.87降低為7.47，有所減小，并且位置也