淺談ALE自適應(yīng)網(wǎng)格

ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法結(jié)合了單純的拉格朗日方法與歐拉方法的分析特征,通常被稱為任意拉格朗日-歐拉方法。
在理解ALE網(wǎng)格方法之前,需要對拉格朗日方法與歐拉方法補(bǔ)一下課,先理解一下這兩種方法是什么樣的,有何區(qū)別。
拉格朗日方法:拉格朗日方法是比較經(jīng)典的一種分析方法,它采用的是拉格朗日坐標(biāo)來描述的,反映了物體質(zhì)點(diǎn)與它每瞬間所處的位置關(guān)系,不同的坐標(biāo)代表不同的質(zhì)點(diǎn),也稱為物質(zhì)坐標(biāo),在有限元方法里面來說的話,也就是材料與網(wǎng)格結(jié)合在一起,網(wǎng)格代表坐標(biāo),材料也就是無數(shù)個(gè)質(zhì)點(diǎn),二者在整個(gè)分析過程中是聯(lián)系在一起的。
歐拉方法:在傳統(tǒng)的拉格朗日方法中,網(wǎng)格與材料是綁定的,也就是材料流動,網(wǎng)格也會隨之變形,拉格朗日網(wǎng)格始終是被一種材料填滿的,所以材料邊界與網(wǎng)格邊界是一樣的。相反,歐拉方法則不同,歐拉方法則是用歐拉坐標(biāo)(也叫空間坐標(biāo))描述的。歐拉坐標(biāo)只識別空間,所以也叫空間坐標(biāo),每一個(gè)坐標(biāo)代表一個(gè)空間點(diǎn),同一個(gè)空間點(diǎn),在不同的時(shí)刻可以由不同的物質(zhì)點(diǎn)占據(jù)。在有限元方法中來說的話,也就是歐拉網(wǎng)格與材料完全脫離,歐拉網(wǎng)格允許網(wǎng)格不被材料100%充滿(許多網(wǎng)格是部分充滿或者說是有空隙的),這樣的話,這使得需要在每一步增量對材料邊界進(jìn)行計(jì)算。如果在歐拉方法分析過程中,某些材料流出了歐拉網(wǎng)格,那么這些材料就流失了,歐拉方法對其就不會起作用了。
ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法結(jié)合了上述兩種算法特征,主要是用來使網(wǎng)格在整個(gè)分析過程中保持一種比較良好的狀態(tài),不出現(xiàn)巨大的扭曲與變形(通常情況下網(wǎng)格與材料是聯(lián)系在一起的,當(dāng)發(fā)生大變形的時(shí)候,材料流動顯著,這就會導(dǎo)致某些網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在材料流動的帶動下發(fā)生很大位移,造成網(wǎng)格畸變與扭曲,主要是在大變形或者材料破壞流失的情況下作用明顯)。它的主要原理則是讓網(wǎng)格脫離材料而流動,但與歐拉方法不同,比較明顯的一個(gè)不同點(diǎn)就是,它的網(wǎng)格必須被一種材料充滿,而且材料邊界條件復(fù)雜(我也不是非常清楚,就不一一說明了)。ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法使得網(wǎng)格脫離材料獨(dú)立流動,就可以改善網(wǎng)格狀況,使得網(wǎng)格在整個(gè)分析過程中保持比較良好的狀態(tài)。ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法不會改變網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
要對該方法做完全理解的話還得看看ABAQUS文檔中的詳細(xì)介紹了,比如網(wǎng)格重劃域的概念,以及如何定義,域的邊界有哪些(拉格朗日邊界,歐拉邊界,滑動邊界),他們的定義與區(qū)別等,網(wǎng)格限制等等。文檔里面有詳細(xì)介紹,也不是很難,基本可以看懂。
下面說一下ALE adaptive meshing適用范圍與特點(diǎn):
顯示模塊中:
1.通常能夠在材料嚴(yán)重變形的情況下保持比較好的網(wǎng)格狀態(tài);
2.在整個(gè)分析過程中不改變網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);
3.能用來分析拉格朗日問題(即材料不離開網(wǎng)格的問題)與歐拉問題(材料
在網(wǎng)格內(nèi)流動的問題);
4.能用于動態(tài)分析中的大變形情況(沖壓,穿刺等);
5.能用于準(zhǔn)靜態(tài)分析(軋制,金屬成形等)。

隱式模塊中:
主要用于聲疇,沖蝕,磨損等,分析的問題也主要是拉格朗日問題等,作用不是很大。
下面是一個(gè)金屬成型的例子,左邊是沒有使用ALE網(wǎng)格適應(yīng)技術(shù)的網(wǎng)格狀況,右邊是使用了該技術(shù)的網(wǎng)格狀況,可以看到,網(wǎng)格狀態(tài)有很明顯的改善。


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