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SOLIDWORKS Simulation实体网格划分原则和检查技巧

2020-2-27 16:43| 发布者: super| 查看: 3466| 评论: 0|原作者: 亿达四方高级实施顾问 阎福元|来自: SOLIDWORKS增值服务商亿达四方(400-707-5008)

摘要: 在SOLIDWORKS Simulation中的实体网格可分为三种:标准网格,基于曲率的网格,基于混合曲率的网格,还分为草稿品质和高品质的网格两类。刚接触SOLIDWORKS Simulation的工程师对于如何选择网格往往比较迷惑。我们在这 ...

一、实体网格划分规律

首先我们来看一下三种网格的区别:

1、标准网格:SOLIDWORKS软件按照Voronoi-Delaunay 网格化方案进行网格划分,然而,当用这种方法划分有小特征或者曲率的几何模型时,会生成高宽比大或者失效的网格。这种方法在划分对称网格时是比较有效。Simulation 线性四面体单元.png

2、基于曲率的网格:使用高级技术将模型的网格划分为有限单元。基于曲率的网格算法用可变化的单元大小来生成网格,有利千在几何体的细小特征处获得精确的结果。注:基于曲率的网格支持表面和体的多核计算,标准网格仅支持体的多核计算

3、基于混合曲率的网格:对于无法与标准或基于曲率的网格划分网格的模型,可以尝试使用基于混合曲率的网格,。它可以划分出比标准网格或基于曲率的网格品质跟高的网格。但是这种方法不支持多核。Simulation 抛物线四面体单元.png

4、草稿品质网格:为实体创建线性四面体单元,有4个节点和5条边线。

5、高品质网格:为实体创建抛物线实体单元,高品质网格的节点和自由度比草稿品质更多,因此计算更加准确。


根据以上几种网格的特点,我们可以对划分网格的规律做如下总结:

1、针对一般模型,推荐使用第二种划分方法——基于曲率的网格。因为在工程上完全没有曲率的零件很少,因此使用基于曲率的网格能够在高曲率位置得到更高的网格。同时也可以使用电脑的多核计算。

2、如果划分网格失败,又找不出模型的问题所在,可以尝试使用第三种方法——基于混合曲率的网格进行尝试。但是这种方法不支持多核,因此速度会比较慢。

3、标准网格应用较少,除非零件的曲面较少或者计算机的资源确实不足,可以使用第一种方法划分。

4、在验证算例能否完成计算的时候可以使用草稿品质网格,正式计算使用高品质网格以提高精度。

5、实体单元最少要有两层以上的单元才能得到较为精确的结果。


二、网格检查技巧

SOLIDWORKS Simulation检查网格的标准有两个——高宽比和雅可比检查。

1、高宽比:单元的三角形长边与短边比值,长宽比过大会造成计算精度降低,较大的高宽比一般会出现在小边界、弯曲形体、细小特征和尖角等处,我们可以通过局部加密网格或者改变结构的方式提高精度。

SOLIDWORKS simulation.png

2、雅可比检查:高品质网格的中间节点离开边线的距离。这是评判单元扭曲度的一个标准,只在高品质网格可用,因为只有高品质网格才有中间节点。在尖锐度或曲度极大的边界中,在实际几何体上放置中侧节点会创建出边线相互交叉的变形元素。极度变形的单元雅可比比率甚至会变成负数,导致分析停止。在SOLIDWORKS Simulation中认为小于或等于40是可以接受的。

Simulation 正确单元和扭曲单元.png

我们可以在算例生成网格后再在算例树的网格上单击右键,然后生成网格品质图解来查看网格的质量。如下图所示

Simulation 生成网格品质图解.png

生成网格图解选项里有三项: 网格,高宽比例,雅可比。如下图所示。

Simulation 网格品质.png

在这里我们对同一个模型使用三种不同单元划分方法进行划分,精度滑块都按默认级别,都采用高品质网格划分,并利用网格品质图解进行高宽比比较,以验证前面对三种划分方法的区别。有兴趣的工程师可以自己验证下雅可比检查的规律。

Simulation 默认网格设置.png

生成网格后对他们进行对比可以发现,标准网格的高宽比为12、基于曲率网格的高宽比为9.87、基于混合曲率的网格高宽比为8.42,三种方法的网格品质是越来越好的。并且红色部分都出现在圆角与平面的过渡位置,也就是小边界产生的位置。

Simulation 标准网格品质.pngSimulation 基于率网络品质.pngSimulation 基于混合曲率网格.png

为了进一步观察实体内部的网格,我们可以在品质图解上右键,然后选择网格剖分,将剖面拖拽到红色网格的位置,这样既能将实体剖开,同时保持网格的完整性。

Simulation 网格剖切.pngSimulation 网格剖切后的效果.png

通过这样的方法就可以让我们更直观的观察出整个零件的网格质量,当前网格长宽比过高是由圆弧与平面相交所产生的细小边界引起的。

Simulation 细小边界位置.png

我们对边线进行倒角处理,以消除细小边界,然后再对基于曲率的网格质量进行评估。

Simulation 倒角处理.pngSimulation 基于曲率的网格质量.png

这里我们看到,通过倒圆角,基于曲率的网格最大高宽比从原来的9.87降低为7.47,有所减小,并且位置也发生了改变。

通过生成网格品质图解,我们可以通过高宽比和雅可比检查来评判网格的质量,并方便我们后续对网格的调整。

欢迎报名参加本文作者亿达四方高级实施顾问阎福元主讲的SOLIDWORKS Flow Simulation在线直播课

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