過渡單元
關(guān)注創(chuàng)建者：力學(xué)星空 創(chuàng)建時間：2019-07-21
過渡單元的視頻教程
ABAQUS過渡網(wǎng)格焊接（不帶生死單元）
1.模型的建立 2.網(wǎng)格劃分 3.材料屬性 4.裝配 5.分析步（熱力） 6.相互作用 7.載荷 8.計算
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Abaqus 子程序之 UEL 趣味入門教學(xué)
課程內(nèi)容：從UEL內(nèi)部實(shí)現(xiàn)原理入手，逐漸過渡到單元的編寫，有限元常用的桿系單元（彈簧、桿、梁）、平面單元（三角形單元、等參四邊形單元）、空間單元（C3D8實(shí)體單元），以及如何在INP中引入外部文件、斷裂單元構(gòu)造等，都會逐一講解。
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過渡單元的實(shí)例教程
但要注意二者之間的單元類型的匹配，現(xiàn)在的ALGOR版本的有限元輸出菜單已經(jīng)集成在了前后處理環(huán)境FEMPRO中了，更加直接、方便。
另外，實(shí)體有限元模型也是可以導(dǎo)入的或?qū)С龅模⒁庥邢?em>單元的匹配，否則就出錯，比如：ALGOR和ANSYS中同樣有金字塔過渡單元，但ALGOR中的金字塔過渡單元其頂點(diǎn)就是一個節(jié)點(diǎn)，一個單元有5個節(jié)點(diǎn)，而ANSYS的金字塔過渡單元其實(shí)是六面體的退化，其頂點(diǎn)處有若干重合的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)數(shù)和六面體單元相同，這種情況下，ALGOR的模型導(dǎo)入ANSYS或者ANSYS的模型導(dǎo)入ALGOR看上去一樣，但是計算就要出錯，由于節(jié)點(diǎn)不匹配所致，所以實(shí)體單元要轉(zhuǎn)換，應(yīng)該采用全六面體或者全四面體。
如果要想利用ALGOR的全自動六面體主導(dǎo)網(wǎng)格，就不要導(dǎo)出了，因?yàn)橥ǔ２豢杀苊獾貢幸恍?em>過渡單元產(chǎn)生。用ALGOR計算就是了。
答案來自科研中國SciEi.com特聘工程師coleman
展開 ● 對于彈塑性分析，如果材料是不可壓縮性的（例如金屬材料），則不能使用二次完全積分單元，否則會出現(xiàn)體積自鎖問題，也不要使用二次Tri單元或Tet單元。推薦使用的是修正的二次Tri單元或Tet單元、非協(xié)調(diào)單元，以及線性減縮積分單元。如果使用二次減縮積分單元，當(dāng)應(yīng)變超過20% ~ 40% 時要劃分足夠密的網(wǎng)格。
● 如果模型中存在接觸或大的扭曲變形，則應(yīng)使用線性Quad或Hex單元，以及修正的二次Tri單元或Tet單元，而不能使用其他的二次單元。
● 對于以彎曲為主的問題，如果能夠保證在所關(guān)心部位的單元扭曲較小，使用非協(xié)調(diào)單元（例如C3D8I單元）可以得到非常精確的結(jié)果。
● 除了平面應(yīng)力問題之外，如果材料是完全不可壓縮的（例如橡膠材料），則應(yīng)使用雜交單元；在某些情況下，對于近似不可壓縮材料也應(yīng)使用雜交單元。
當(dāng)然，上述選取原則都屬于基本原則，當(dāng)用戶分析的模型比較復(fù)雜，例如既包含彈塑性分析，還包含應(yīng)力集中，是否選擇二次單元就應(yīng)該審中考慮。最好的解決方法是做不同單元類型的分析，觀察分析結(jié)果對單元類型的敏感性，并最終選擇合適的單元類型。
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展開 三、 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分
對于由面經(jīng)過拖拉、旋轉(zhuǎn)、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令）等方式生成的復(fù)雜三維實(shí)體而言，可先在原始面上生成殼（或MESH200）單元形式的面網(wǎng)格，然后在生成體的同時自動形成三維實(shí)體網(wǎng)格；對于已經(jīng)形成好了的三維復(fù)雜實(shí)體，如果其在某個方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致，則可用（人工或全自動）掃略網(wǎng)格劃分（VSWEEP命令）功能來劃分網(wǎng)格；這兩種方式形成的單元幾乎都是六面體單元。通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式，對于復(fù)雜幾何實(shí)體，經(jīng)過一些簡單的切分處理，就可以自動形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格，它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢和靈活性。
四、 混合網(wǎng)格劃分
混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點(diǎn)，分別采用自由、映射、掃略等多種網(wǎng)格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型。混合網(wǎng)格劃分方式要在計算精度、計算時間、建模工作量等方面進(jìn)行綜合考慮。通常，為了提高計算精度和減少計算時間，應(yīng)首先考慮對適合于掃略和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格，這種網(wǎng)格既可以是線性的（無中節(jié)點(diǎn)）、也可以是二次的（有中節(jié)點(diǎn)），如果無合適的區(qū)域，應(yīng)盡量通過切分等多種布爾運(yùn)算手段來創(chuàng)建合適的區(qū)域（尤其是對所關(guān)心的區(qū)域或部位）；其次，對實(shí)在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域，采用帶中節(jié)點(diǎn)的六面體單元進(jìn)行自由分網(wǎng)（自動退化成適合于自由劃分形式的單元），此時，在該區(qū)域與已進(jìn)行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節(jié)點(diǎn)的六面體單元沒有金字塔退化形式）。ANSYS中的這種金字塔過渡單元具有很大的靈活性：如果其鄰接的六面體單元無中節(jié)點(diǎn)，則在金字塔單元四邊形面的四條單元邊上，自動取消中間節(jié)點(diǎn)，以保證網(wǎng)格的協(xié)調(diào)性。
展開 3 拖拉、掃略網(wǎng)格劃分
對于由面經(jīng)過拖拉、旋轉(zhuǎn)、偏移（VDRAG、VROTAT、VOFFST、VEXT等系列命令）等方式生成的復(fù)雜三維實(shí)體而言，可先在原始面上生成殼（或MESH200）單元形式的面網(wǎng)格，然后在生成體的同時自動形成三維實(shí)體網(wǎng)格；對于已經(jīng)形成好了的三維復(fù)雜實(shí)體，如果其在某個方向上的拓?fù)湫问绞冀K保持一致，則可用（人工或全自動）掃略網(wǎng)格劃分（VSWEEP命令）功能來劃分網(wǎng)格；這兩種方式形成的單元幾乎都是六面體單元。通常，采用掃略方式形成網(wǎng)格是一種非常好的方式，對于復(fù)雜幾何實(shí)體，經(jīng)過一些簡單的切分處理，就可以自動形成規(guī)整的六面體網(wǎng)格，它比映射網(wǎng)格劃分方式具有更大的優(yōu)勢和靈活性。
4 混合網(wǎng)格劃分
混合網(wǎng)格劃分即在幾何模型上，根據(jù)各部位的特點(diǎn)，分別采用自由、映射、掃略等多種網(wǎng)格劃分方式，以形成綜合效果盡量好的有限元模型。混合網(wǎng)格劃分方式要在計算精度、計算時間、建模工作量等方面進(jìn)行綜合考慮。通常，為了提高計算精度和減少計算時間，應(yīng)首先考慮對適合于掃略和映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域先劃分六面體網(wǎng)格，這種網(wǎng)格既可以是線性的（無中節(jié)點(diǎn)）、也可以是二次的（有中節(jié)點(diǎn)），如果無合適的區(qū)域，應(yīng)盡量通過切分等多種布爾運(yùn)算手段來創(chuàng)建合適的區(qū)域（尤其是對所關(guān)心的區(qū)域或部位）；其次，對實(shí)在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域，采用帶中節(jié)點(diǎn)的六面體單元進(jìn)行自由分網(wǎng)（自動退化成適合于自由劃分形式的單元），此時，在該區(qū)域與已進(jìn)行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節(jié)點(diǎn)的六面體單元沒有金字塔退化形式）。ANSYS中的這種金字塔過渡單元具有很大的靈活性：如果其鄰接的六面體單元無中節(jié)點(diǎn)，則在金字塔單元四邊形面的四條單元邊上，自動取消中間節(jié)點(diǎn)，以保證網(wǎng)格的協(xié)調(diào)性。
展開 其次，對實(shí)在無法再切分而必須用四面體自由網(wǎng)格劃分的區(qū)域，采用帶中節(jié)點(diǎn)的六面體單元進(jìn)行自由分網(wǎng)（自動退化成適合于自由劃分形式的單元），此時，在該區(qū)域與已進(jìn)行掃略或映射網(wǎng)格劃分的區(qū)域的交界面上，會自動形成金字塔過渡單元（無中節(jié)點(diǎn)的六面體單元沒有金字塔退化形式）。
如果對整個分析模型的計算精度要求不高、或?qū)M(jìn)行自由網(wǎng)格劃分區(qū)域的計算精度要求不高，則可在自由網(wǎng)格劃分區(qū)采用無中節(jié)點(diǎn)的六面體單元來分網(wǎng)（自動退化成無中節(jié)點(diǎn)的四面體單元），此時，雖然在六面體單元劃分區(qū)和四面體單元劃分區(qū)之間無金字塔過渡單元，但如果六面體單元區(qū)的單元也無中節(jié)點(diǎn)，則由于都是線性單元，亦可保證單元的協(xié)調(diào)性。
五、利用自由度耦合和約束方程
對于某些形式的復(fù)雜幾何模型，可以將相鄰的體在進(jìn)行獨(dú)立的網(wǎng)格劃分（通常是采用映射或掃略方式）后再“粘結(jié)”起來，由于各個體之間在幾何上沒有聯(lián)系，因此不用費(fèi)勁地考慮相互之間網(wǎng)格的影響，所以可以自由地采用多種手段劃分出良好的網(wǎng)格，而體之間的網(wǎng)格“粘結(jié)”是通過形函數(shù)差值來進(jìn)行自由度耦合的，因此連接位置處的位移連續(xù)性可以得到絕對保證，如果非常關(guān)注連接處的應(yīng)力，可以如下面所述再在該局部位置建立子區(qū)模型予以分析。
再如，對于循環(huán)對稱模型（如旋轉(zhuǎn)機(jī)械等），可僅建立一個扇區(qū)作為分析模型，利用CPCYC命令可自動對扇區(qū)的兩個切面上的所有對應(yīng)節(jié)點(diǎn)建立自由度耦合條件（用MSHCOPY命令可非常方便地在兩個切面上生成對應(yīng)網(wǎng)格）。
六、利用子區(qū)模型等其它手段
子區(qū)模型是一種先總體、后局部的分析技術(shù)（也稱為切割邊界條件方法），對于只關(guān)心局部區(qū)域準(zhǔn)確結(jié)果的復(fù)雜幾何模型，可采用此手段，以盡量小的工作量來獲得想要的結(jié)果。
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過渡單元的最新內(nèi)容
混合建模的有效工具：CSS8 單元作為實(shí)體單元和殼單元之間的過渡單元，能夠有效解決不同單元類型之間的連接兼容性問題，為復(fù)雜工程模型提供了靈活的建模方案。
完
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它是一種三維單元，具有以下基本特點(diǎn)：
幾何與自由度：CSS8 為 8 節(jié)點(diǎn)六面體單元，僅有位移自由度 (無轉(zhuǎn)動自由度，與實(shí)體單元一致)，與實(shí)體單元混合建模時易于處理連接過渡。這種單元設(shè)計使其能夠在保持實(shí)體單元三維應(yīng)力求解能力的同時，具有類似殼單元的高效性。
在幾何復(fù)雜區(qū)域，可以使用三角形單元過渡，但應(yīng)盡量限制其使用范圍。
結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的優(yōu)勢：對于規(guī)則幾何區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先使用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分技術(shù)，生成高質(zhì)量的四邊形網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格不僅質(zhì)量高，而且計算效率更高，能夠提供更準(zhǔn)確的結(jié)果。在可能的情況下，應(yīng)避免使用自由網(wǎng)格劃分，特別是對于高精度分析。
對于聚能射流案例的計算方法主要分為以下幾種：
采用對稱單元算法+網(wǎng)格自適應(yīng)（二維）
采用二維單元+ALE算法（二維）
solid164單元+ALE算法（三維）
殼單元+ALE體積填充（三維）
該案例建模簡單，但對于前處理（網(wǎng)格）的要求非常高，在考慮計算時間成本的前提下，可合理采用過渡單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
比如某一個幾何子域采用四面體網(wǎng)格，另外的子域采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，則在兩個子域上可以采用金字塔單元進(jìn)行過渡處理，一般“塔底”（四邊形）連接六面體網(wǎng)格，“塔尖”連接四面體網(wǎng)格。
在創(chuàng)建彎曲幾何結(jié)構(gòu)中的邊界層網(wǎng)格或映射網(wǎng)格時，或者通過金字塔單元從高縱橫比單元過渡到各向同性四面體單元時，通常會出現(xiàn)偏斜單元。偏度是
檢測偏斜單元的一種度量方法
。基于偏度的單元質(zhì)量沒有明確的下限，但應(yīng)避免低于 0.01 的單元質(zhì)量。
專門用于度量 CFD 網(wǎng)格質(zhì)量的方法是增長率。增長率是從一個單元到其相鄰單元的單元大小的變化，增長率應(yīng)該非常小才能得到精確的結(jié)果。
圖2 seam裂紋
如圖2中所示，通常裂紋尖端會采用一圈三角形單元進(jìn)行劃分，在三角形單元的外圍通常還會圍繞多層四邊形單元進(jìn)行過渡。
在創(chuàng)建彎曲幾何結(jié)構(gòu)中的邊界層網(wǎng)格或映射網(wǎng)格時，或者通過金字塔單元從高縱橫比單元過渡到各向同性四面體單元時，通常會出現(xiàn)歪斜單元。歪斜度是檢測歪斜單元的一種度量方法。基于歪斜度的質(zhì)量沒有明確的下限，但應(yīng)避免低于 0.01 的質(zhì)量。
特定于 CFD 的網(wǎng)格質(zhì)量度量方法是增長率。增長率是從一個單元到其相鄰單元的單元大小的變化，增長率應(yīng)該非常小才能得到精確的結(jié)果。
通常情況下，近壁面網(wǎng)格將使用棱柱層來表示邊界層，然后隨著網(wǎng)格不斷偏離幾何模型而過渡到其他單元類型。
為什么網(wǎng)格劃分很重要？
網(wǎng)格的質(zhì)量（由網(wǎng)格中每個單元的幾何指標(biāo)衡量）會影響 CFD 解決方案的準(zhǔn)確性和收斂性。要想實(shí)現(xiàn)良好的仿真效果，在準(zhǔn)確度和計算資源之間取得平衡非常重要，為此，要進(jìn)行網(wǎng)格敏感性測試。對于某些幾何形狀，粗糙的網(wǎng)格就足以滿足仿真需求。
灣流工程師最初使用三角形單元用于過渡語的網(wǎng)格，單元的拆分需要大量的手動調(diào)節(jié)，并且由于三角形單元本身的局限性也降低了求解的準(zhǔn)確性。
