ALE自適應網格的案例
淺談ALE自適應網格
它的主要原理則是讓網格脫離材料而流動，但與歐拉方法不同，比較明顯的一個不同點就是，它的網格必須被一種材料充滿，而且材料邊界條件復雜（我也不是非常清楚，就不一一說明了）。ALE網格自適應方法使得網格脫離材料獨立流動，就可以改善網格狀況，使得網格在整個分析過程中保持比較良好的狀態。ALE網格自適應方法不會改變網格的拓撲結構。
要對該方法做完全理解的話還得看看ABAQUS文檔中的詳細介紹了，比如網格重劃域的概念，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），他們的定義與區別等，網格限制等等。文檔里面有詳細介紹，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：
顯示模塊中：
1.通常能夠在材料嚴重變形的情況下保持比較好的網格狀態；
2.在整個分析過程中不改變網格的拓撲結構；
3.能用來分析拉格朗日問題（即材料不離開網格的問題）與歐拉問題（材料
在網格內流動的問題）；
4.能用于動態分析中的大變形情況（沖壓，穿刺等）；
5.能用于準靜態分析（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。
下面是一個金屬成型的例子，左邊是沒有使用ALE網格適應技術的網格狀況，右邊是使用了該技術的網格狀況，可以看到，網格狀態有很明顯的改善。
ABAQUS淺談ALE自適應網格.pdf
展開 【案例】圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網格自適應大變形分析
在 Abaqus/Standard 模擬中，解映射分析從第一步結束處使用一個新網格重新啟動，并繼續進行直至達到 60% 的壓下量。
Abaqus/Explicit 中的自適應網格劃分
自適應網格劃分包含兩個基本任務：創建新網格，以及通過一個稱為“輸運”的過程將解變量從舊網格重新映射到新網格。系統會按指定的頻率為每個自適應網格域創建新網格。通過迭代掃描自適應網格域并移動節點以平滑網格來獲得新網格。將解變量從舊網格映射到新網格的過程稱為一次“輸運掃描”。在每個自適應網格增量中至少執行一次輸運掃描。用于將解變量輸運到新網格的方法是：一致的、單調的、（默認情況下）具有二階精度的，并且能守恒質量、動量和能量。此示例問題使用了自適應網格域的默認設置。
在Step模塊下—other—ALE Adaptive Mesh Domain設置，如下：
提交計算
結果
以下討論主要聚焦于案例1的結果，在該案例中，坯料使用CAX4R單元建模，剛性模具使用解析剛體表面建模，并且在Abaqus/Explicit中使用了純剛度沙漏控制。
在坯料壓下量為44%（即模具總位移的73.3%）時的變形網格如圖2、圖3和圖4所示。坯料頂部外側表面折疊到模具上的現象清晰可見。在Abaqus/Standard中（圖2），可以看到試樣中心經歷了嚴重的應變和單元畸變。此時，Abaqus/Standard的網格被重新映射。映射后的新網格如圖3所示。圖4清楚地表明了自適應網格劃分的優勢，因為在Abaqus/Explicit中使用的網格幾乎沒有畸變。
坯料壓下量為60%時的最終構型如圖5和圖6所示。Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的結果吻合良好，并且網格看起來只有輕微畸變。同樣，等效塑性應變的大小也吻合得很好（圖7和圖8）。
展開 Abaqus中三種自適應網格介紹及對比
為了提高分析精度，ABAQUS提供了以下三種自適應網格。
1、ALE自適應網格。
其全稱為“任意的拉格朗日－歐拉自適應網格”（Arbitrary Lagrangian Eulerian adaptive meshing）。它不改變原有網格的拓撲結構（單元和節點的數目和連接關系不會變化），而是在單分析步的求解過程中逐步改善網格的質量。它主要用于ABAQUS/Explicit的大變形分析，以及ABAQUS/Standard中的聲疇（acoustic domain）、沖蝕（ablation）和磨損問題。在ABAQUS/Standard的大變形分析中，盡管也要以設定ALE自適應網格，但不會起到明顯的作用。
2、自適應網格重劃（adaptive remeshing）
自適應網格重劃通過多次重劃網格達到所要求的求解精度，只適用于ABAQUS/Standard分析，并且只能在ABAQUS/CAE中實現，其具體操作步驟為：
1）在Mesh功能模塊中選擇菜單Adaptivity---Remeshing rule---Create，定義需要網格重劃的區域、誤差因子（error indicator）的相關變量和目標、以及網格重劃的控制參數。需要注意的是，對于三維實體模型，必須使用四面體單元網格；對于二維模型，必須使用三角形單元或以進階算法（advancing front）生成的四邊形單元網格，否則在提交分析時將會提示錯誤。
展開 Abaqus 中ALE功能應用介紹
來源有限元在線
在abaqus中為了提高分析精度，提供了三種自適應技術：
1. ALE自適應網格
2. 自適應網格重劃
3. 網格的求解變換
ALE自適應網格的全稱為“任意拉格朗日-歐拉自適應網格”（Arbitrary LagrangianEulerian adaptive meshing）。它不改變原有網格的拓撲結構（單元與節點的數目和連接關系不會變化），而是在單個分析步的求解過程中逐步改善網格的質量。
ALE自適應網格主要用于Abaqus/Explcit的大變形分析，以及Abaqus/Standard中的聲疇（acoustic domain）、沖蝕（ablation）和磨損問題。在Abaqus/Standard的大變形分析中，盡管可以設定ALE自適應網格，但是不會有明顯的作用。
使用ALE自適應網格時，需要注意一下問題：
1、在abaqus/Explicit中分析超彈性材料和泡沫材料時，最好采用增強沙漏控制的方法控制單元的變形，而不要采用ALE自適應網格；
2、在INP文件中，可以使用關鍵字定義多個ALE自適應網格區域；
*ADAPTIVEMESH,ELSET=elset_name
但是，在CAE界面中一個分析不只能定義一個ALE自適應網格區域。
3、不使用ALE自適應網格時，在分析過程中單元網格會跟隨材料一起運動，每個節點和每個單元的輸出變量都與材料點一一對應，在Visualization功能模塊中看到的單元變形和材料運動情況就是真實解。
使用ALE自適應網格時，隨之單元變形的增加，abaqus求解器將逐漸更新節點和單元的位置，以免單元過度變形，同時求解變量也將從舊的單元網格變換到新的單元網格中。
展開 
是否使用ALE自適應網格的區別
使用前
使用后
自適應網格（ALE）技術模擬攪拌摩擦焊接
自適應網格（ALE）技術模擬攪拌摩擦焊接
ABAQUS顯式ALE自適應網格控制選項卡參數意義與設置
ABAQUS/Explicit中采用自適應網格ALE調整網格時，選項卡ALE Adaptive Mesh Controls中的參數很多，下文總結了各個參數的含義及使用范圍，希望能幫助大家。
1） priority參數設置：
是指網格梯度控制（是否保持初始網格梯度，若需要保持初始網格梯度，則對網格的質量將會有影響）。
?
對于拉格朗日問題選擇Improve aspect ratio，在計算過程中將考慮到網格單元高寬比的改善，不考慮對初始網格梯度的保持。
?
對于歐拉問題選擇：Preserve initial mesh grading，在計算過程中保證初始的網格梯度，但不會考慮到網格寬高比的改善。
2） smoothing algorithm 參數設置：
?
Use enhanced algorithm based on evolving element geometry主要是在幾何學的方面對我們定義的網格sweep算法（前面提到的三種算法）進行增強，目的是為了保證adaptive remesh過程的健壯性，為推薦選項，選它就行了
?
conventional smoothing利用我們定義好的算法進行計算，無幾何增強。
3） Meshing predictor參數設置
是網格節點位置控制（理想的網格節點位置控制，將會減少需要的網格sweeps次數，減少資源浪費）
?
對于拉格朗日問題選擇Current deformed position；
?
對于歐拉問題選擇Position from previous adaptive mesh increment。
4） Curvature refinement參數設置
是曲率較大的曲線曲面邊界的網格密度控制，默認為1，該值越大，則圓角區的網格密度也就會越大，比較簡單。
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ULOCAL自適應網格約束節點的網格位移或速度的組成部分，這些組成部分都在坐標系ALOCAL中已有描述。ULOCAL將作為由網格平滑算法確定的值傳遞到程序中。網格位移或速度的所有組件將被應用; 即您無法選擇應用網格位移的方向。
2. UREF作為自適應網格約束定義的一部分提供的、用戶指定的位移或速度的值。該值基于任何幅度定義來更新，并用于與當前步驟相關聯的自適應網格約束或默認斜坡幅度變量。
3. NODE節點編號。
4. NNDOF節點自由度數。
5. LNODETYPE節點類型標志
? LNODETYPE=1表明節點是位于自適應網格區域的內部；
? LNODETYPE=2表明節點涉及綁定約束；
? LNODETYPE=3表明節點位于自適應網格區域邊界的拐角處；
? LNODETYPE=4表明節點位于自適應網格區域邊界的邊緣；
? LNODETYPE=5表明節點位于自適應網格區域邊界的平面上；
? LNODETYPE=6表明節點作為主節點參與約束（不是綁定約束）；
? LNODETYPE=7表明節點作為從節點參與約束（不是綁定約束）；
? LNODETYPE=10表明節點上作用了一個集中力。
6. ALOCAL本地坐標系與節點處的自適應網格域的切線對齊。如果節點位于自適應網格域的內部，則ALOCAL將被設置為單位矩陣。在其他情況下，1方向是沿著平坦表面的邊緣或平面。當NDIM=2時，2方向與表面正交。當NDIM=3時，2方向也位于平面的平面上，如果節點在邊緣上，則該方向是任意的。當NDIM=3時，3方向垂直于表面，或者如果節點處于邊緣，則為任意的。
7. NDIM坐標維數。
8. TIME(1) 當前分析步時間的值。
9. TIME(2) 當前總時間的值。
10.
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同時這與重新劃分網格不兼容。
給了簡單的算例來解釋
網格自適應技術！
案例三：通過調用U-P（雜交單元）+Nonlinear Adaptive Region解決橡膠大變形
兩個案例對于橡膠問題還是收斂不了，因此在16.0的版本增加了新功能，自適應網格，這個技術對于解決網格損壞很有幫助，并且能提高計算精度，但是局限性也很多，其中主要分為三種準則：energy、box、mesh，這三種對于2D、3D的分析時，名稱似乎不太一致，也有position。
與案例二一樣，插入了U-P雜交單元，然后再插入了Nonlinear Adaptive Region，如下圖所示：
注意：這個功能為16.0以后的新功能，因此15.0之前只能進行Rezone的網格，這項功能可以在help中查看，筆者未研究過，記得大概是通過插入命令流，然后定義網格重新分區的參數。
Mesh Nonlinear Adaptivity的計算原理如下圖所示：
1.設置自適應網格參數
注意：Skewness指的是傾斜度，范圍0<Skewness<1,0為最好，1為最差，當傾斜度超過0.9的時候，就是激活網格自適應選項進行Remesh，Check At可以設置為奇異復發率與等距點，讀者可以自行嘗試設置。
2.求解
結論：求解完成，通過了8次Remesh，進行網格調整，最終有效避免了網格損壞的問題，為以后非線性大變形提供了解決思路。
Remesh的Gif：
另外給你們分享一個關于自適應網格的官方資料，有興趣的讀者可以研究研究，這個技術挺有意思。
展開 
Fluent網格自適應功能
網格自適應技術概述
Fluent中的網格自適應技術可以允許我們根據數據計算結果來修改網格梳密布置或網格走向。
1.1 優點
運用自適應法完善網格，在網格中如果你需要可以增加網格單元，這樣使你更精確地計算流場的特性。當你正確地用了網格自適應方法，那得到的網格對流體計算是最優的，因為這方法能確定哪里加入了有更多網格單元。
1.2 使用準則
表面網格必須足夠的好來為表征一些重要的幾何特征。
初始網格應該有足夠多的網格單元來捕獲流場的關鍵特征。
在進行網格自適應前應該是一個合理收斂的結果。
網格自適應技術一般用于計算的中間，算著覺得某個部分不太好，用這個技術提高一下質量，繼續算。
差的自適應操作可能會產生不利的效果。
在進行自適應過程前，建議先建立case文件和data文件。這樣，如果產生不理想的網格，你還可以用保存了的文件來重新開始這過程。
2. 網格自適應技術類型
2.1 邊界自適應（Boundary Cell Registers）
如果在邊界上要求更多的單元，就可以采用邊界自適應來實現。邊界自適應函數允許你在選定的邊界區域附近標記或細化單元。因為流體相互作用常常出現在這些區域，比如在靠近避免的邊界層有很大的速度梯度，所以它可以在靠近一個或多個邊界域進行網格細化。
邊界自適應有三種不同方法:
邊界自適應是根據單元離開邊界的距離來確定單元數目
邊界自適應是在單元離開邊界的垂直距離基礎上
邊界自適應是在目標邊界體積和增長因子的基礎上
可以通過邊界命令的選擇方式，通過cell distance(網格的層數)進行選擇。
展開 自適應網格劃分
自適應網格劃分
如何利用自適應網格加速Fluent仿真
本文轉自安世亞太
前言
大多數CFD模擬都是采用生成具有局部區域細化和粗化的網格來計算的。這些經過細化或粗化的區域確保有足夠高的分辨率，以準確捕獲重要區域位置的結果，同時也使得總網格數量在可控范圍內。
盡管這樣做是確保計算精度的一種很好的方法，但在某些領域，可能會有過多的細化導致較長的求解時間或過少的細化導致較不精確的結果。
是否有一種方法根據求解要求自動細化或粗化網格，以獲得最精確的結果呢？有，這就是所謂的自適應網格。
視頻1.mp4
什么是自適應網格？
自適應網格劃分是一種基于求解對仿真網格進行細化的方法。Ansys Fluent中的此方案使您能夠從非常粗糙的網格開始，動態細化高梯度區域。
動態網格自適應可與多面體非結構網格自適應（PUMA）方法結合使用。PUMA不依賴任何模板進行細化，這不會將此自適應方法限制為特定的網格類型。網格經過細化后也可以粗化。
在最新版本Ansys 2021 R2中，針對燃燒和多相流仿真的最佳實踐已嵌入到Ansys Fluent的網格自適應設置面板中，從而：
減少高達70%的網格數
穩態情況下最高可提高4倍的計算速度
自適應網格燃燒模擬應用
Sandia Flame D是一個富燃料湍流擴散甲烷/空氣噴射火焰測試案例。在甲烷和空氣流入之間注入引燃火焰。使用兩種不同的粗網格進行了兩次測試，以分析其精度和最終網格數差異。
網格自適應程序自動將關鍵區域的網格細化為LES級別的網格，包括反應區、剪切層和再循環區。我們發現，與實驗數據相比，這兩種情況都顯示了準確的結果。
Fluent的自適應網格解決方案顯示，在一系列反應流情況下，與非自適應精細LES網格相比，總單元數減少了30-70%。
展開 ANSYS自適應網格劃分
作者 張應遷
1.自適應網格簡介
ANSYS程序提供了近似的技術自動估計特定分析類型中因為網格劃分帶來的誤差。通過這種誤差估計，程序可以確定網格是否足夠細。如果不夠的話，程序將自動細化網格以減少誤差。這一自動估計網格劃分誤差并細化網格的過程就叫做自適應網格劃分，然后通過一系列的求解過程使得誤差低于用戶指定的數值（或直到用戶指定的最大求解次數）。
2. 自適應網格的先決條件
ANSYS軟件中包含一個預先寫好的宏，ADAPT.MAC，用來完成自適應網格劃分的功能。用戶的模型在使用這個宏之前必須滿足一些特定的條件。（在一些情況下，不滿足要求的模型也可以用修正的過程完成自適應網格劃分，下面還要討論。）這些要求包括：
2 標準的ADAPT過程只適用于單次求解的線性靜力結構分析和線性穩態熱分析。
2 模型最好應該使用一種材料類型，因為誤差計算是根據平均結點應力進行的，在不同材料過渡位置往往不能進行計算。而且單元的能量誤差是受材料的彈性模量影響的。因此，在兩個相鄰單元應力連續的情況下，其能量誤差也可能由于材料特性不同而不一樣。在模型中同樣應該避免殼厚突變，這也可能造成在應力平均是發生問題。
2 模型必須使用支持誤差計算的單元類型。
2 模型必須是可以劃分網格的：即模型中不能有引起網格劃分出錯的部分。
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