abaqus網(wǎng)格越細(xì)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-02-27
abaqus網(wǎng)格越細(xì)的實(shí)例教程
·有限元分析時(shí)，網(wǎng)格劃分越密，計(jì)算結(jié)果一般來(lái)說(shuō)越趨近于真實(shí)解。
網(wǎng)格劃分越密，就直接導(dǎo)致計(jì)算的規(guī)模和存儲(chǔ)空間迅速增加，從而降低計(jì)算效率，尤其是對(duì)于碰撞、沖擊、爆炸、波傳播仿真等動(dòng)力學(xué)分析來(lái)說(shuō)。
所以說(shuō)，在計(jì)算效率、存儲(chǔ)空間、精確度這三個(gè)方面要有所權(quán)衡，在滿(mǎn)足求解精度的條件下，盡量使得計(jì)算效率高、存儲(chǔ)空間小。
若將來(lái)有一天，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展到我們不在為計(jì)算效率、存儲(chǔ)空間所困擾的話(huà)，我想現(xiàn)在的有限元分析工程師可能就失去了他百分之六七十的存在價(jià)值了，因?yàn)橛邢拊治鲆呀?jīng)變得再簡(jiǎn)單不過(guò)了，只要把網(wǎng)格劃分的足夠密，我們就能快速地得到滿(mǎn)意的結(jié)果了。
然而，現(xiàn)實(shí)是我們沒(méi)法這么做。對(duì)于一個(gè)工程問(wèn)題來(lái)說(shuō)，我們可能在有限元建模，尤其是網(wǎng)格劃分上，花費(fèi)大量的人力、物力，網(wǎng)格劃分的好壞在很大程度上依賴(lài)于分析人員的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于網(wǎng)格疏密的把握大致是將所關(guān)心的區(qū)域劃分得細(xì)密些、將應(yīng)力梯度變化大的地方加密些、動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格細(xì)密度比靜力學(xué)高、結(jié)構(gòu)分析網(wǎng)格比電磁分析網(wǎng)格稀疏。
正如馬遠(yuǎn)方（來(lái)自知乎）所說(shuō)，除了將網(wǎng)格劃分的細(xì)密些，提高計(jì)算精度的方法還可以通過(guò)采用高階單元實(shí)現(xiàn)。目前來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)“高階單元”主要有三種方法，一是提高單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)，二是增加每個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)，三是既增加每個(gè)單元節(jié)點(diǎn)數(shù)又增加每個(gè)節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)。
對(duì)于單純?cè)黾訂卧獢?shù)量提高計(jì)算精度的方法，一般稱(chēng)作“h-version mesh refinement”，而通過(guò)采用高階單元提高計(jì)算精度的方法稱(chēng)作是“p-version mesh refinement”。當(dāng)然嘍，如果你高興的話(huà)，可以交叉使用這兩種手段提高計(jì)算精度，暫且稱(chēng)之為“h, p-version mesh refinement”。參看延伸閱讀[1]。
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輪轂仿真第①期：10分鐘搞定仿真驗(yàn)證，給輪轂做一次“性格測(cè)試”19小時(shí)前
為了追求極致輕量化，現(xiàn)在的汽車(chē)輪轂被掏得越來(lái)越空，輻條越做越細(xì)。
作為設(shè)計(jì)工程師，你是否有過(guò)這種“心虛”時(shí)刻：材料扣掉這么多，萬(wàn)一在高速上過(guò)個(gè)坑，直接斷掉怎么辦？
在真實(shí)的工業(yè)研發(fā)中，我們不可能每改一版數(shù)據(jù)就造個(gè)實(shí)物去撞擊。這就是仿真的價(jià)值——在數(shù)字世界里創(chuàng)造“孿生模型”，在圖紙階段就精準(zhǔn)定義它的生死極限。
計(jì)算流程：
生成至少三套幾何級(jí)數(shù)細(xì)化的網(wǎng)格（粗/中/細(xì)，細(xì)化比 r 通常取 2）
在完全相同邊界條件下分別求解
計(jì)算網(wǎng)格收斂率 p：
計(jì)算細(xì)網(wǎng)格 GCI：
判定標(biāo)準(zhǔn)： GCI < 5% 為優(yōu)秀，5%-10% 可接受，>10% 需繼續(xù)加密網(wǎng)格。
計(jì)算特點(diǎn)： 同一模型需求解 3-5 遍，細(xì)網(wǎng)格自由度可能是粗網(wǎng)格的 8-64 倍，計(jì)算量呈指數(shù)級(jí)放大。
3.
CFD也是如此，將計(jì)算區(qū)域切分成上萬(wàn)甚至上億個(gè)小單元，每個(gè)單元都是“網(wǎng)格”。在網(wǎng)格內(nèi)，我們假設(shè)物理量的變化是簡(jiǎn)單的（如線(xiàn)性變化），就能將復(fù)雜的偏微分方程組轉(zhuǎn)化代數(shù)方程組進(jìn)行求解。
因此，計(jì)算的準(zhǔn)確度就依賴(lài)網(wǎng)格的精細(xì)程度。如果網(wǎng)格太粗，就如同用正方形等效圓形，必然誤差巨大。
網(wǎng)格盡量很細(xì)，計(jì)算可能更準(zhǔn)，但計(jì)算量也越大。
</p><p><strong>PART/1</strong></p><p><strong><em>范式轉(zhuǎn)移：從“本地單機(jī)”到“云端協(xié)同”</em></strong></p><p>傳統(tǒng)飛機(jī)研發(fā)的設(shè)計(jì)仿真流程，是一個(gè)線(xiàn)性且高度依賴(lài)本地算力的過(guò)程：</p><p>設(shè)計(jì)師用CATIA繪制三維模型，另存為STEP格式，發(fā)給仿真工程師；仿真工程師導(dǎo)入Abaqus或Fluent，劃分網(wǎng)格、求解計(jì)算，生成GB級(jí)的結(jié)果文件
列標(biāo)題表明問(wèn)題是使用Abaqus/Standard和/或Abaqus/Explicit進(jìn)行分析的。
對(duì)于案例1，進(jìn)行了多項(xiàng)不同的分析，以比較Abaqus/Explicit中可用的不同截面控制選項(xiàng)，并評(píng)估使用CAX4R單元模擬的坯料其網(wǎng)格細(xì)化效果。
一個(gè)粗網(wǎng)格（分析COARSE_SS）和一個(gè)細(xì)網(wǎng)格（分析FINE_SS）采用了純剛度形式的沙漏控制進(jìn)行分析。
然而，在傳統(tǒng)仿真流程中，每一次看似微小的幾何調(diào)整，都意味著重新建模、重新畫(huà)網(wǎng)格、重新設(shè)置邊界條件，再等上數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的求解計(jì)算，從而引發(fā)一場(chǎng)“連鎖反應(yīng)”。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的節(jié)奏，便在這種反復(fù)的“等待”中被打亂。方案越多，等待越長(zhǎng)；改動(dòng)越細(xì)，效率越低。
?? 工程師經(jīng)驗(yàn)： 先做幾何清理（Geometry Cleanup），再劃分網(wǎng)格。結(jié)構(gòu)分析優(yōu)先選用六面體（Hex），流體分析關(guān)注邊界層網(wǎng)格。網(wǎng)格不是越細(xì)越好，而是要在計(jì)算效率與收斂性之間找到平衡。
該文章提出的一個(gè)mesh-free的方案，該方案的主要優(yōu)勢(shì)是不改單元、不加 DOF，只在材料子程序內(nèi)部，用鄰近積分點(diǎn)的數(shù)據(jù)做一次局部重構(gòu)，就算出梯度，該策略對(duì)某個(gè)積分點(diǎn) x，附近有一團(tuán)“鄰居積分點(diǎn)” xI，作者把它們當(dāng)成 mesh-free 的“節(jié)點(diǎn)”，對(duì)每個(gè)場(chǎng)變量 u(x)（可以是 γ˙a，F(xiàn)p 的分量）做 MLS 擬合，如下圖所示：
權(quán)函數(shù)使用立方樣條，有緊支撐，距離越近權(quán)越大：
工程化的復(fù)合材料疲勞仿真方法6個(gè)月前
我們本期就以復(fù)合材料層合板接頭的疲勞為例，基于ABAQUS UMAT，給出工程化的疲勞仿真方法。之所以是工程化，一是做了簡(jiǎn)化，二是便于實(shí)現(xiàn)。
力學(xué)的精髓，就在于簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化也是為了實(shí)現(xiàn)。
1 思路
首先我們應(yīng)當(dāng)知道，疲勞的關(guān)鍵參數(shù)有：
（1）應(yīng)力幅值；
（2）強(qiáng)度值；
（3）單向板疲勞壽命S-N曲線(xiàn)。
應(yīng)力幅值越大，壽命越短，這是必然的。
流固耦合，不是 “越便宜越好”，也不是 “越久越好”，而是 “能否快速解決自己的問(wèn)題，獲得長(zhǎng)期可用的技能”。
