midas MeshFree熱點問題集錦 (一) - 漫談MeshFree中的網格
01
漫談MeshFree中的網格
2018年6月8日,MeshFree V2.0通過技術鄰的平臺正式發布。自發布以來,MeshFree憑借其免網格劃分的技術受到了廣大工程師的青睞,用戶對我們的軟件評價最多的就是方便。誠然,MeshFree最大的優勢就是免網格劃分,僅需三步驟即可完成一個分析,不需要對模型進行簡化,也不需要網格劃分的操作。MeshFree開放試用后,我們也是一直在跟進客戶的使用體驗,也收集到了很多客戶在軟件使用過程中的問題及疑惑。從今天開始,我們將對這些疑惑作一一的闡釋。
今天要重點討論的是MeshFree中的網格。
請各位搬好小板凳!
一
MeshFree網格探秘
首先要強調的是,MeshFree并不是無網格,而是免網格劃分,即不需要進行網格劃分的操作。
MeshFree采用的是全長方體或立方體單元的結構化網格,幾乎不需要手動干預,使工程師免受網格劃分的痛苦。
那有人就要問了,你全立方體的網格,怎么去擬合不規整的幾何呢?確實是,MeshFree之所以能夠采用全長方體或立方體單元的網格,其原因在于,我們不是采用的傳統有限元的求解方法,而是一種叫做隱式邊界法(Implicit Boundary Method,簡稱IBM)的技術。準確的說,是在邊界處采用隱式邊界法。
要理解MeshFree的網格,首先需要明確其中的兩個概念:Background Grid和Grid。
各位先看下圖。
這個圖顯示的是傳統的FEM和MeshFree網格劃分的區別。FEM的網格會盡可能地逼近幾何的形狀特點,但是在MeshFree中,是現根據幾何形狀形成一個規則的長方體,長方體的大小能夠剛好覆蓋幾何,隨后根據默認的網格尺寸,將長方體劃分為若干個長方體或立方體單元,此時形成的網格叫做Background Grid。但是并不是所有的Background Grid都會參與計算。程序會自動去除那些沒有占據任何幾何區域的網格,如上圖中紅色線框中的網格。剩下的網格就是MeshFree中參與計算的網格,即Grid。
Grid中又包含兩種網格:部分占據幾何區域的(邊界區域)、完全占據幾何區域的(內部區域)。
邊界區域的網格如上圖中藍色線框中的網格,這些網格是真正采用的隱式邊界法(IBM),有興趣的讀者可以查閱相關論文去了解隱式邊界法的理論及應用。
內部區域的網格如上圖中黃色線框中的網格,這些網格采用的方法就是FEM。
下面用一個例子來說明MeshFree中的網格。
①首先新建一個線性分析工況。
②導入CAD文件,分配材料
③設置接觸
④施加約束邊界
⑤添加力載荷
⑥進行分析控制
⑦提交求解
在求解過程中,可以在輸出窗口實時跟蹤求解狀態。下圖是求解過程中的網格部分,可以看到節點(NODES)、網格(GRIDS)、自由度(DOFS)、方程(EQUATION)數量,顯示該模型中網格數量是26490個。
需要強調的是,這里的網格數量不包含沒有占據任何幾何區域的網格。
⑧求解完后查看結果
MeshFree利用顯卡進行后處理的渲染,其顯示效果還是非常理想的。
很多用戶發現后處理部分有這么一個選項:無結構化網格、顯示結構化網格。兩種模式唯一的區別在于是否在后處理中顯示網格。
上圖顯示的是無結構化網格的情況。
當選擇顯示結構化網格時,可以在下圖中看到本例網格劃分的情況。
從圖中我們也可以看出,MeshFree在劃分網格時,是按照單個個體進行劃分,各個體之間的網格相互獨立。
二
MeshFree網格控制
在上述例子中,劃分出的網格尺寸是由程序自動選擇的,如果內存使用較大,會出現網格數量較多的情況,也會影響計算效率。所以MeshFree是提供了手動控制網格尺寸的功能。如下圖所示。
可以對單個個體設置網格尺寸,也可以多選幾何體統一設置。
在網格編輯部分,MeshFree提供了三種方法:
三種方法中,第一種是模糊控制,后兩種是精確控制。自動網格控制確定了網格密度的相對大小,其網格劃分情況只能在后處理中查看;用戶定義(數量)定義了X、Y、Z三個方向的網格數量;用戶定義(尺寸)定義了所選體的整體網格尺寸。對網格進行精確控制時,可以在前處理中查看劃分情況。
模糊控制在這里不作贅述,讀者可以自己嘗試,比較三種網格密度下的劃分情況。
下面通過一個例子來說明兩種精確控制網格的方法。
幾何模型
①用戶定義(數量)
定義網格數量:30×20×40,表示X、Y、Z三個方向的網格劃分數量。點擊左下角的預覽圖標,可以查看網格劃分情況。
當定義網格數量30×10×20時:
可以看到,此時劃分的網格并非立方體,而是長方體。
②用戶定義(尺寸)
定義網格尺寸,5mm
點擊左下角預覽查看網格劃分情況。
定義網格數量2mm:
可以看到不管設置怎樣的網格尺寸,劃分出的網格都是立方體的網格。
由于立方體的網格是非常有利于求解計算,所以建議用戶如果手動控制網格,盡量選擇用戶定義(尺寸)。
三
MeshFree內存設置
前面我們提到,在進行整體的分析控制時,有兩個選項,一個是使用內存量,另一個是只使用內存。
軟件中也對內存的意義做了簡要說明:網格越密,內存使用越多。如果用戶定義的網格密度太大,可能會造成內存不足。
所以這里的內存使用量其實是用于限制網格的密度,內存設置得越大,軟件劃分的網格就越密。但是只對于自動網格有效,如果自定義了數量或者尺寸,網格密度取決于用戶選擇的數量或尺寸。
很多用戶有疑問的在于“只使用內存”選項,勾選“只使用內存”選項表示只會使用內部存儲器(電腦的RAM),就是內存條內存,不勾選“只使用內存”選項表示不僅會使用RAM,同時也會調用硬盤的容量。
通過測試多組得到了不同設置下網格劃分的情況:
據此我們可以發現,內存使用量越多,網格劃分的越密,而不勾選只使用內存的時候,網格數量是勾選只使用內存時的2倍左右。用戶可以根據自己的需求自行選擇。
那以上就是我們這次對MeshFree網格的分享,目的是讓用戶對MeshFree獲得更加清晰的認識。大家有什么問題的都可以跟帖留言,midas都非常歡迎!
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