SOLIDWORKS Simulation實體網格劃分原則和檢查技巧
在SOLIDWORKS Simulation中的實體網格可分為三種:標準網格,基于曲率的網格,基于混合曲率的網格,還分為草稿品質和高品質的網格兩類。剛接觸SOLIDWORKS Simulation的工程師對于如何選擇網格往往比較迷惑。我們在這里對SOLIDWORKS教材里解釋的不夠明確的地方,為大家做一個補充。同時對檢查網格質量的工具和標準給大家做一個介紹,方便我們對所畫網格的質量做一個評判,本文僅對實體網格做解釋,殼單元和梁單元,因為結構簡單,這里我們不做解釋。
一、實體網格劃分規律
首先我們來看一下三種網格的區別:
1、標準網格:SOLIDWORKS軟件按照Voronoi-Delaunay 網格化方案進行網格劃分,然而,當用這種方法劃分有小特征或者曲率的幾何模型時,會生成高寬比大或者失效的網格。這種方法在劃分對稱網格時是比較有效。
2、基于曲率的網格:使用高級技術將模型的網格劃分為有限單元?;谇实木W格算法用可變化的單元大小來生成網格,有利千在幾何體的細小特征處獲得準確的結果。注:基于曲率的網格支持表面和體的多核計算,標準網格僅支持體的多核計算
3、基于混合曲率的網格:對于無法與標準或基于曲率的網格劃分網格的模型,可以嘗試使用基于混合曲率的網格,。它可以劃分出比標準網格或基于曲率的網格品質跟高的網格。但是這種方法不支持多核。
4、草稿品質網格:為實體創建線性四面體單元,有4個節點和5條邊線。
5、高品質網格:為實體創建拋物線實體單元,高品質網格的節點和自由度比草稿品質更多,因此計算更加準確。
根據以上幾種網格的特點,我們可以對劃分網格的規律做如下總結:
1、針對一般模型,推薦使用第二種劃分方法——基于曲率的網格。因為在工程上完全沒有曲率的零件很少,因此使用基于曲率的網格能夠在高曲率位置得到更高的網格。同時也可以使用電腦的多核計算。
2、如果劃分網格失敗,又找不出模型的問題所在,可以嘗試使用第三種方法——基于混合曲率的網格進行嘗試。但是這種方法不支持多核,因此速度會比較慢。
3、標準網格應用較少,除非零件的曲面較少或者計算機的資源確實不足,可以使用第一種方法劃分。
4、在驗證算例能否完成計算的時候可以使用草稿品質網格,正式計算使用高品質網格以提高精度。
5、實體單元至少要有兩層以上的單元才能得到較為準確的結果。
二、網格檢查技巧
SOLIDWORKS Simulation檢查網格的標準有兩個——高寬比和雅可比檢查。
1、高寬比:單元的三角形長邊與短邊比值,長寬比過大會造成計算精度降低,較大的高寬比一般會出現在小邊界、彎曲形體、細小特征和尖角等處,我們可以通過局部加密網格或者改變結構的方式提高精度。
2、雅可比檢查:高品質網格的中間節點離開邊線的距離。這是評判單元扭曲度的一個標準,只在高品質網格可用,因為只有高品質網格才有中間節點。在尖銳度或曲度非常大的邊界中,在實際幾何體上放置中側節點會創建出邊線相互交叉的變形元素。很大程度變形的單元雅可比比率甚至會變成負數,導致分析停止。在SOLIDWORKS Simulation中認為小于或等于40是可以接受的。
我們可以在算例生成網格后再在算例樹的網格上單擊右鍵,然后生成網格品質圖解來查看網格的質量。如下圖所示
生成網格圖解選項里有三項: 網格,高寬比例,雅可比。如下圖所示。
在這里我們對同一個模型使用三種不同單元劃分方法進行劃分,精度滑塊都按默認級別,都采用高品質網格劃分,并利用網格品質圖解進行高寬比比較,以驗證前面對三種劃分方法的區別。有興趣的工程師可以自己驗證下雅可比檢查的規律。
生成網格后對他們進行對比可以發現,標準網格的高寬比為12、基于曲率網格的高寬比為9.87、基于混合曲率的網格高寬比為8.42,三種方法的網格品質是越來越好的。并且紅色部分都出現在圓角與平面的過渡位置,也就是小邊界產生的位置。
為了進一步觀察實體內部的網格,我們可以在品質圖解上右鍵,然后選擇網格剖分,將剖面拖拽到紅色網格的位置,這樣既能將實體剖開,同時保持網格的完整性。
通過這樣的方法就可以讓我們更直觀的觀察出整個零件的網格質量,當前網格長寬比過高是由圓弧與平面相交所產生的細小邊界引起的。
我們對邊線進行倒角處理,以消除細小邊界,然后再對基于曲率的網格質量進行評估。
這里我們看到,通過倒圓角,基于曲率的網格至大高寬比從原來的9.87降低為7.47,有所減小,并且位置也發生了改變。
通過生成網格品質圖解,我們可以通過高寬比和雅可比檢查來評判網格的質量,并方便我們后續對網格的調整。