網(wǎng)格穿透
關(guān)注創(chuàng)建者：戰(zhàn)斗部 創(chuàng)建時(shí)間：2020-07-06
網(wǎng)格穿透的視頻教程
過(guò)盈裝配（網(wǎng)格穿透）結(jié)構(gòu)分析教學(xué)+Step by Step
本次課程主要講解以下三點(diǎn)：*簡(jiǎn)單實(shí)用*（需要附件可以私信我，不足之處請(qǐng)指出改善） 如何去干涉（恢復(fù)過(guò)盈，使結(jié)構(gòu)達(dá)到自然裝配狀態(tài)） 如何用去過(guò)盈后的裝配結(jié)果進(jìn)行下一步分析操作（Step by step） 2.1 重啟的模型導(dǎo)入設(shè)置和Predefined field 初始狀態(tài)更新引用 后處理場(chǎng)結(jié)果輸出和歷程結(jié)果輸出簡(jiǎn)單講解
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ANSYS/ls-dyna動(dòng)態(tài)壓縮劈裂（SHPB）破壞形態(tài)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)及三維節(jié)理創(chuàng)建講解
2.對(duì)動(dòng)態(tài)沖擊壓縮、動(dòng)態(tài)劈裂模型進(jìn)行調(diào)試，并講解不同接觸類型對(duì)破壞效果及曲線的影響，對(duì)空節(jié)理、充填節(jié)理試件的接觸類型進(jìn)行調(diào)試，解決試件本身網(wǎng)格穿透的問(wèn)題。 3.介紹各種三維節(jié)理的創(chuàng)建方式，節(jié)理創(chuàng)建方法可適用于大尺度模型中層理、裂隙的模擬中。
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MeshWorks官方培訓(xùn)教程99講
變形方法案例 L02-06-快速變形 L02-07-1D Mapping白車身變形 L02-08-后背門變形 L02-09-Feature Based變形方法 L02-10-截面變形 L02-11-高級(jí)約束功能 L02-12-修復(fù)網(wǎng)格穿透及干涉 L02-13-修復(fù)焊點(diǎn)及粘膠 第三部分
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網(wǎng)格穿透的實(shí)例教程
問(wèn)題描述
在侵徹?cái)?shù)值模擬中，最容易出現(xiàn)的就是網(wǎng)格穿透問(wèn)題，將直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此在這里就討論如何解決侵徹過(guò)程中網(wǎng)格穿透問(wèn)題。
根據(jù)筆者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了三種解決網(wǎng)格穿透較為有用的方法：
（1）修改接觸剛度控制關(guān)鍵字*CONTROL_CONTACT中滑移界面罰函數(shù)縮放系數(shù)（SLSFAC的值）；
（2）修改*CONTROL_TIMESTEP時(shí)間步長(zhǎng)縮放因子（TSSFAC的值）；
（3）細(xì)化計(jì)算模型網(wǎng)格；
以彈丸侵徹雙層靶板為理，探討網(wǎng)格穿透解決思路；網(wǎng)格穿透情況如下圖所示。
圖 SLSFAC=0.1、TSSFAC=0.9、ELEMENT SIZE=0.05
方法1：修改*CONTROL_CONTACT滑移界面罰函數(shù)數(shù)值
保持TSSFAC=0.9、網(wǎng)格尺寸為0.05cm不變，滑移界面罰函數(shù)SLSFAC的值分別取1、2、3、5，侵徹過(guò)程中網(wǎng)格穿透情況如下。增加SLSFAC值，能夠改善網(wǎng)格穿透，但是都無(wú)法解決初始時(shí)刻的網(wǎng)格穿透問(wèn)題，并且SLSFAC值越大，網(wǎng)格越容易被刪除。
展開(kāi) 摘要：
本案例利用Fluent Meshing對(duì)固定翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用全多面體網(wǎng)格方案減少30%單元量仍保持湍流粘性底層解析能力，不僅為無(wú)人機(jī)巡航/爬升等多工況氣動(dòng)仿真提供了高精度網(wǎng)格基礎(chǔ)，還通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化流程支持氣動(dòng)-結(jié)構(gòu)耦合、控制仿真等跨學(xué)科研究，兼顧工程效率與計(jì)算經(jīng)濟(jì)性。
特別適合無(wú)人機(jī)設(shè)計(jì)工程師快速掌握復(fù)雜氣動(dòng)外形的工業(yè)級(jí)網(wǎng)格生成策略、CFD工程師學(xué)習(xí)多物理場(chǎng)仿真的網(wǎng)格適應(yīng)性優(yōu)化方法，以及航空航天領(lǐng)域研究人員構(gòu)建高升力構(gòu)型數(shù)值模擬的技術(shù)框架。
?
1 導(dǎo)入幾何模型
在固定翼無(wú)人機(jī)流場(chǎng)仿真中，F(xiàn)luent Meshing的網(wǎng)格劃分流程始于幾何模型的預(yù)處理階段。首先通過(guò)File-Import-CAD導(dǎo)入無(wú)人機(jī)三維模型，該模型通常包含機(jī)翼、機(jī)身、尾翼等部件。
針對(duì)無(wú)人機(jī)特有的薄壁結(jié)構(gòu)（如厚度僅1.5mm的碳纖維機(jī)翼蒙皮），需在Geometry標(biāo)簽下使用Surface Repair工具修補(bǔ)缺失面片，特別是機(jī)翼與機(jī)身連接處常出現(xiàn)的0.2-0.5mm微小間隙。通過(guò)Merge Edges功能將相鄰曲面邊界的容差設(shè)置為0.01mm，消除拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的自由邊，這一過(guò)程需特別注意機(jī)翼前緣曲率突變區(qū)域（曲率半徑小于3mm）的幾何特征保留。
完成幾何修復(fù)后，進(jìn)入計(jì)算域定義階段。采用Enclosure功能構(gòu)建長(zhǎng)方體外流場(chǎng)域，其邊界距離無(wú)人機(jī)表面需保持一定長(zhǎng)度以消除邊界效應(yīng)。對(duì)于包含發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道的內(nèi)流場(chǎng)，需封閉進(jìn)排氣口形成獨(dú)立流體域。此時(shí)通過(guò)在機(jī)身內(nèi)部指定流體域標(biāo)記點(diǎn)，結(jié)合Wrap功能生成包裹網(wǎng)格，該過(guò)程需調(diào)整包裹增長(zhǎng)率至1.3以避免機(jī)翼尖端（厚度僅0.8mm處）的網(wǎng)格穿透現(xiàn)象。
展開(kāi) 使用LS-DYNA建立二維有限元模型（隱去空氣域），網(wǎng)格使用truegrid進(jìn)行參數(shù)化建模，快速調(diào)整間距生成模型，網(wǎng)格大小為0.1mm，使用LS-DYNA雙精度求解器。
以下最上端炸藥殼和導(dǎo)爆藥間距0.2mm時(shí)各個(gè)時(shí)刻的壓力云圖。
接下來(lái)增大間距，尋找起爆的臨界位置
OK，終于成功
用AUTODYN仿真的主要難點(diǎn)在于模型的建立，autodyn二維模型用workbench建立出的是非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，并且后期批量計(jì)算較復(fù)雜，因此采用Truegrid參數(shù)化建模，生成zon文件導(dǎo)入autodyn，歐拉網(wǎng)格在autodyn中建立，三部分炸藥的殼體在Truegrid中建立，定義傻瓜式流固耦合，lagrange接觸（間隙接觸），求解
用LS-DYNA仿真的主要難點(diǎn)在于流固耦合參數(shù)的設(shè)置和殼體的接觸，容易導(dǎo)致耦合不成功，耦合泄露，lagrange網(wǎng)格穿透，接觸設(shè)置不成功，計(jì)算不成功等導(dǎo)致失敗，用LS-DYNA仿真有點(diǎn)是前處理軟件比較多，二維模型可以用Truegrid和hypermesh，workbench，ANSYS等建立，而autodyn一般只能workbench和Truegrid建立，并且LS-DYNA沒(méi)有材料庫(kù)，材料模型選擇正確非常影響仿真能夠計(jì)算成功。
展開(kāi) 因?yàn)镾imufact Welding能夠進(jìn)行網(wǎng)格不連續(xù)的模擬分析，但在接觸區(qū)域，若網(wǎng)格發(fā)生雙重交叉穿透，也會(huì)影響模擬精度和收斂性，左側(cè)為良好的網(wǎng)格接觸情況，右側(cè)為差的網(wǎng)格接觸狀態(tài)。
接觸區(qū)域網(wǎng)格示例
5、避免模型間的干涉穿透。在實(shí)際的CAD模型中，容易出現(xiàn)模型間的穿透和交叉，再此情況下，我們需要進(jìn)對(duì)CAD模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整；
干涉模型
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展開(kāi) 
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此時(shí)通過(guò)在機(jī)身內(nèi)部指定流體域標(biāo)記點(diǎn)，結(jié)合Wrap功能生成包裹網(wǎng)格，該過(guò)程需調(diào)整包裹增長(zhǎng)率至1.3以避免機(jī)翼尖端（厚度僅0.8mm處）的網(wǎng)格穿透現(xiàn)象。
特別在機(jī)翼-襟翼交接面等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)區(qū)域，需通過(guò)Face Zone建立交界面，設(shè)置1:1的網(wǎng)格過(guò)渡比例確保后續(xù)計(jì)算的連續(xù)性。
網(wǎng)格尺寸控制是提升計(jì)算精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
否則，CPTU將穿透網(wǎng)格，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失效。</p><p>(5) 網(wǎng)格劃分</p><p>在CPTU貫入數(shù)值模擬中，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量決定了模型計(jì)算的準(zhǔn)確性和收斂性。土體單元類型采用四結(jié)點(diǎn)軸對(duì)稱雙線性四邊形孔壓?jiǎn)卧?CAX4P)，CPTU探頭采用剛體單元(RAX2)。在開(kāi)展數(shù)值模擬時(shí)，CPTU的貫入過(guò)程導(dǎo)致土體的大變形，引起的網(wǎng)格畸變，會(huì)造成收斂困難。
02 網(wǎng)格質(zhì)量控制原則
較大的畸變網(wǎng)格或者不合理的網(wǎng)格大小比例，都會(huì)影響到Simufact Welding軟件的模擬質(zhì)量，因此在進(jìn)行網(wǎng)格過(guò)渡、細(xì)化、接觸區(qū)域網(wǎng)格劃分時(shí)，需要進(jìn)行注意，主要涉及到以下幾點(diǎn)：
1、避免較大扭曲單元，這種類型的單元?jiǎng)偠认禂?shù)較差，將會(huì)導(dǎo)致模擬不穩(wěn)定，很容易產(chǎn)生網(wǎng)格穿透的畸變網(wǎng)格（單元的插值點(diǎn)將在單元外）。
尖銳網(wǎng)格
2、避免直接從焊縫處進(jìn)行粗化過(guò)渡。
、接觸穿透等問(wèn)題：
a.根據(jù)密封圈的設(shè)計(jì)形式（開(kāi)孔型、閉合型）分別采取不同的網(wǎng)格離散方式；
b.對(duì)于和密封圈接觸的零部件不能進(jìn)行過(guò)度的前處理簡(jiǎn)化；
c.密封圈材料不推薦使用全積分單元；
d.密封圈網(wǎng)格邊界應(yīng)小于其它施壓零部件的網(wǎng)格邊界；
e.采用SPH方法模擬密封圈壓縮過(guò)程。
三、仿真思路簡(jiǎn)述
1）密封圈壓縮仿真需要考慮密封螺栓預(yù)緊過(guò)程，基于Ls-dyna的動(dòng)態(tài)松弛關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程；
2）密封圈類型分兩種，一種是完全不可壓縮材料（如硅橡膠），另一種完全可壓縮材料（如發(fā)泡材料），需要使用不同的材料本構(gòu)進(jìn)行模擬；
3）密封圈壓縮仿真會(huì)出現(xiàn)密封圈網(wǎng)格畸變導(dǎo)致仿真報(bào)錯(cuò)終止、主從剛度差異較大導(dǎo)致接觸穿透等棘手問(wèn)題，本人總結(jié)了許多操作技巧解決了網(wǎng)格畸變、接觸穿透等問(wèn)題；
在計(jì)算過(guò)程中開(kāi)啟點(diǎn)面接觸中的混合接觸算法，以便更好的建立襯套單元之間的自接觸，保證網(wǎng)格直接不發(fā)生穿透。計(jì)算結(jié)果如下圖所示：
可以看出，通過(guò)合理的建模和參數(shù)設(shè)置，可以比較容易的在Marc中進(jìn)行襯套的極限剛度計(jì)算；且計(jì)算的結(jié)果是連續(xù)光順的，也更加容易與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。
通過(guò)使用混合接觸算法，我們可以更好的建立網(wǎng)格的接觸關(guān)系。
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