ALE網(wǎng)格技術(shù)的案例
淺談ALE自適應(yīng)網(wǎng)格
它的主要原理則是讓網(wǎng)格脫離材料而流動(dòng)，但與歐拉方法不同，比較明顯的一個(gè)不同點(diǎn)就是，它的網(wǎng)格必須被一種材料充滿，而且材料邊界條件復(fù)雜（我也不是非常清楚，就不一一說明了）。ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法使得網(wǎng)格脫離材料獨(dú)立流動(dòng)，就可以改善網(wǎng)格狀況，使得網(wǎng)格在整個(gè)分析過程中保持比較良好的狀態(tài)。ALE網(wǎng)格自適應(yīng)方法不會(huì)改變網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
要對該方法做完全理解的話還得看看ABAQUS文檔中的詳細(xì)介紹了，比如網(wǎng)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(dòng)邊界），他們的定義與區(qū)別等，網(wǎng)格限制等等。文檔里面有詳細(xì)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(diǎn)：
顯示模塊中：
1.通常能夠在材料嚴(yán)重變形的情況下保持比較好的網(wǎng)格狀態(tài)；
2.在整個(gè)分析過程中不改變網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
3.能用來分析拉格朗日問題（即材料不離開網(wǎng)格的問題）與歐拉問題（材料
在網(wǎng)格內(nèi)流動(dòng)的問題）；
4.能用于動(dòng)態(tài)分析中的大變形情況（沖壓，穿刺等）；
5.能用于準(zhǔn)靜態(tài)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(gè)金屬成型的例子，左邊是沒有使用ALE網(wǎng)格適應(yīng)技術(shù)的網(wǎng)格狀況，右邊是使用了該技術(shù)的網(wǎng)格狀況，可以看到，網(wǎng)格狀態(tài)有很明顯的改善。
ABAQUS淺談ALE自適應(yīng)網(wǎng)格.pdf
展開 自適應(yīng)網(wǎng)格（ALE）技術(shù)模擬攪拌摩擦焊接
自適應(yīng)網(wǎng)格（ALE）技術(shù)模擬攪拌摩擦焊接
*ALE_STRUCTURED_MESH_REFINE細(xì)化現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)化ALE網(wǎng)格
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</figure>
</div><p>這個(gè)關(guān)鍵字很簡單，就是用來加密 由*ALE_STRUCTURED_MESH生成的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 的。</p><p>MSHID就是你需要加密的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格（SALE）ID</p><p>IFX, IFY, IFZ細(xì)化的倍數(shù)（注意是整數(shù)）。新網(wǎng)格每個(gè)方向的單元數(shù)是該方向的細(xì)化的倍數(shù)乘以之前該方向的單元數(shù)。</p><p><br></p><p>*ALE_STRUCTURED_MESH_REFINE</p><p>$ mshid ifx ify ifz</p><p> 1 2 2 2</p><p>使用這個(gè)關(guān)鍵字啊，有一點(diǎn)比較煩人，你用prepost打開keword關(guān)鍵字，但是你看不到被細(xì)化后的sale網(wǎng)格。
展開 基于ABAQUS的ALE技術(shù)
Step2: 環(huán)境變量的轉(zhuǎn)換（advection variales），也就是將舊網(wǎng)格中的變量信息利用remapping技術(shù)轉(zhuǎn)換到新網(wǎng)格中，也有不同算法，其中包括靜變量（應(yīng)力場，應(yīng)變場等）的轉(zhuǎn)換與動(dòng)變量（速度場，加速度場等）的轉(zhuǎn)換。
整個(gè)Step包括兩個(gè)方面：一個(gè)是對adaptive remesh過程的算法控制，另一個(gè)對adaptive mesh過程強(qiáng)度的控制
adaptive remesh的算法控制 :包括兩部分算法控制：其一為網(wǎng)格算法控制，其二為變量轉(zhuǎn)換算法控制
那么在ABAQUS中是如何生成新網(wǎng)格的呢？
即使用網(wǎng)格掃掠技術(shù)（mesh sweep technique），每sweep一次，生成一套新的網(wǎng)格。但是當(dāng)你使用的算法不同時(shí)，sweep出來的網(wǎng)格也是不同的，打個(gè)不是很恰當(dāng)?shù)谋确剑河貌煌墓ぞ咦鐾患|西，做出來的質(zhì)量與精度會(huì)不一樣，同樣，用不同的算法來sweep網(wǎng)格，得到的網(wǎng)格質(zhì)量也會(huì)不一樣。
軟件設(shè)置上面，可認(rèn)為是對網(wǎng)格劃分區(qū)域的控制（ALE Adaptive Mesh Domain）和算法的控制（ALE Adaptive Mesh Controls）。
一、ALE區(qū)域的控制
（1）幾何區(qū)域選擇（set）
※ No ALE adaptive mesh domain for this step
該分析步?jīng)]有使用ALE技術(shù)。
※ Use the ALE adaptive mesh domain below
將以下區(qū)域定義為ALE區(qū)域。
（2）ALE Adaptive Mesh Controls
自適應(yīng)技術(shù)控制選項(xiàng)，后面介紹
（3）Frequency
頻率控制，主要是對整個(gè)step time中網(wǎng)格remesh的次數(shù)進(jìn)行控制即就是每多少個(gè)增量步進(jìn)行一次Remesh。
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LS-DYNA | ALE映射技術(shù) ￥135
一是計(jì)算模型較大，例如計(jì)算遠(yuǎn)場爆炸對目標(biāo)的毀傷，另一類是計(jì)算結(jié)果對網(wǎng)格尺寸要求較高，例如計(jì)算沖擊波載荷的傳播、金屬射流成型與侵徹。在計(jì)算這類問題時(shí)，若按照常規(guī)方法計(jì)算，不僅模型網(wǎng)格數(shù)量多，而且計(jì)算效費(fèi)比低。</p><p>較新版本的LS-DYNA嵌入了ALE計(jì)算結(jié)果映射技術(shù)。該技術(shù)是將低維模型計(jì)算結(jié)果映射到同維或高維模型中，在低維模型中采用細(xì)網(wǎng)格，得到精準(zhǔn)計(jì)算結(jié)果，在高維模型中采用粗網(wǎng)格，減少計(jì)算耗時(shí)。采用*INITIAL_ALE_MAPPING關(guān)鍵字實(shí)現(xiàn)結(jié)果映射。</p><p><br></p>
展開 *ALE_STRUCTURED_MESH_CONTROL_POINTS的漸變式網(wǎng)格畫法 ￥10
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</figure>
</div><p>這個(gè)RATIO是可以對網(wǎng)格漸變進(jìn)行調(diào)整，但是，在實(shí)踐過程中，你會(huì)發(fā)現(xiàn)相當(dāng)?shù)穆闊銦o法精確的輸入 稀疏 →稠 密-稠 密（目標(biāo)網(wǎng)格尺寸）→稀疏 的具體數(shù)量以及ratio。ratio是根據(jù)你的n來計(jì)算的，根據(jù)ratio你只能計(jì)算出下一個(gè)網(wǎng)格尺寸是前一個(gè)的多少倍。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202411/attachment/c2ab388bca8344328b9bb41c9bcfe74c.png" style="text-align: center" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202411/attachment/c2ab388bca8344328b9bb41c9bcfe74c.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202411/attachment/c2ab388bca8344328b9bb41c9bcfe74c.png?
展開 是否使用ALE自適應(yīng)網(wǎng)格的區(qū)別
使用前
使用后
聚能射流侵徹靶板ALE方法的網(wǎng)格滲透糾正 ￥50
聚能射流侵徹裝甲鋼板仿真過程，Euler網(wǎng)格與Lagrange網(wǎng)格在高速狀態(tài)下進(jìn)行耦合，易出現(xiàn)網(wǎng)格滲透。本文通過設(shè)計(jì)五個(gè)方案，對比研究了不同因素對網(wǎng)格滲透的影響，并給出糾正網(wǎng)格滲透的相關(guān)建議。
【案例】圓柱體坯料鍛造鐓粗-ALE網(wǎng)格自適應(yīng)大變形分析
分析步與自適應(yīng)網(wǎng)格控制
創(chuàng)建一個(gè) 動(dòng)態(tài)顯式（Dynamic, Explicit） 分析步。為確保準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)，需嚴(yán)格控制加載速度并使用質(zhì)量縮放等技術(shù)。
在分析步中，激活并配置自適應(yīng)網(wǎng)格參數(shù)：
頻率: 設(shè)置每隔多少個(gè)增量執(zhí)行一次網(wǎng)格平滑。
平滑算法: 通常保留默認(rèn)設(shè)置。
網(wǎng)格約束: 對于此類問題，通常約束坯料外表面節(jié)點(diǎn)的法向運(yùn)動(dòng)，允許切向滑動(dòng)，以模擬材料沿模具的流動(dòng)。
在INP文件中，配置類似于以下結(jié)構(gòu)：
*STEP, name=Upsetting
*DYNAMIC, EXPLICIT
... （時(shí)間周期等參數(shù)）
*ADAPTIVE MESH, ELSET=Billet_Set
*ADAPTIVE MESH CONTROLS, FREQUENCY=10
...
*END STEP
運(yùn)行分析
提交作業(yè)進(jìn)行計(jì)算。Abaqus/Explicit 將在分析過程中自動(dòng)按照設(shè)定的頻率平滑自適應(yīng)域內(nèi)的網(wǎng)格，并將材料狀態(tài)變量（如應(yīng)力）從舊網(wǎng)格位置“輸運(yùn)”（Advection）到新網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上，此過程保證了質(zhì)量和能量的守恒。
Abaqus/Explicit：ALE自適應(yīng)網(wǎng)格方法的具體操作步驟
幾何模型
幾何模型采用Lippmann(1979)提出的標(biāo)準(zhǔn)測試案例，并在“圓柱體坯料的鐓粗：耦合溫度-位移與絕熱分析”中定義。它是一個(gè)圓形坯料，長度為30mm，半徑為10mm，在兩個(gè)定義為完全粗糙的平坦剛性模具之間被壓縮。為軸對稱模型，并且由于坯料的中間面是一個(gè)對稱平面，因此只包含了坯料的上半部分。
網(wǎng)格
分析開始時(shí)使用的網(wǎng)格如圖1所示。該有限元模型為軸對稱模型，并且由于坯料的中間面是一個(gè)對稱平面，因此只包含了坯料的上半部分。
展開 【訓(xùn)練記錄】帶裝藥部件隨動(dòng)爆炸，并指定時(shí)間刪除ALE網(wǎng)格 ￥300
1、隨動(dòng)ALE網(wǎng)格
2. 炸藥中心點(diǎn)隨ALE網(wǎng)格的隨動(dòng)驗(yàn)證
3. 指定時(shí)刻刪除所有ALE網(wǎng)格
表面處理技術(shù)分享（第六講：ADC12與AL6063兩種鋁合金表面處理技術(shù)解析）
在工業(yè)制造領(lǐng)域，ADC12和AL6063作為鋁合金家族中的兩大重要成員，因其獨(dú)特的性能特點(diǎn)而在各自的應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)不可替代的地位。然而，這兩種材料在表面處理技術(shù)上卻有著顯著的差異。
一、材料特性與表面處理必要性
ADC12屬于Al-Si-Cu系壓鑄鋁合金，含鋁86-92%、硅9.6-12.0%、銅1.5-3.5%，流動(dòng)性優(yōu)異，適合制造氣缸蓋罩、傳感器支架等復(fù)雜壓鑄件。AL6063為Al-Mg-Si系變形鋁合金，鋁為余量，硅0.2-0.6%、鎂0.45-0.9%，擠壓性能好，廣泛用于建筑門窗、幕墻框架等型材。
鋁合金天然氧化膜僅0.01-0.1微米，防護(hù)性有限，易腐蝕且難以滿足多樣化性能需求。表面處理不僅能提升耐腐蝕性、耐磨性和裝飾性，還可賦予導(dǎo)電、絕緣等特殊功能。
二、核心表面處理技術(shù)對比介紹
三、兩種材料的表面處理技術(shù)對比
應(yīng)用場景參考:
結(jié)語：
ADC12和AL6063由于化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的顯著差異，在表面處理適用性方面表現(xiàn)截然不同。ADC12作為高硅壓鑄鋁合金，表面處理面臨更多挑戰(zhàn)；AL6063作為成分簡單的變形鋁合金，具有優(yōu)異的表面處理性能。
選擇建議：
對于ADC12，建議優(yōu)先考慮粉末噴涂、電泳涂裝、化學(xué)鍍等技術(shù)；對于外觀要求較高的場合，可考慮特殊陽極氧化工藝，但成本較高。對于AL6063，陽極氧化是首選技術(shù)，能獲得優(yōu)異的裝飾和防護(hù)效果；其次可選擇電泳涂裝、粉末噴涂等技術(shù)。
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ABAQUS顯式ALE自適應(yīng)網(wǎng)格控制選項(xiàng)卡參數(shù)意義與設(shè)置
ABAQUS/Explicit中采用自適應(yīng)網(wǎng)格ALE調(diào)整網(wǎng)格時(shí)，選項(xiàng)卡ALE Adaptive Mesh Controls中的參數(shù)很多，下文總結(jié)了各個(gè)參數(shù)的含義及使用范圍，希望能幫助大家。
1） priority參數(shù)設(shè)置：
是指網(wǎng)格梯度控制（是否保持初始網(wǎng)格梯度，若需要保持初始網(wǎng)格梯度，則對網(wǎng)格的質(zhì)量將會(huì)有影響）。
?
對于拉格朗日問題選擇Improve aspect ratio，在計(jì)算過程中將考慮到網(wǎng)格單元高寬比的改善，不考慮對初始網(wǎng)格梯度的保持。
?
對于歐拉問題選擇：Preserve initial mesh grading，在計(jì)算過程中保證初始的網(wǎng)格梯度，但不會(huì)考慮到網(wǎng)格寬高比的改善。
2） smoothing algorithm 參數(shù)設(shè)置：
?
Use enhanced algorithm based on evolving element geometry主要是在幾何學(xué)的方面對我們定義的網(wǎng)格sweep算法（前面提到的三種算法）進(jìn)行增強(qiáng)，目的是為了保證adaptive remesh過程的健壯性，為推薦選項(xiàng)，選它就行了
?
conventional smoothing利用我們定義好的算法進(jìn)行計(jì)算，無幾何增強(qiáng)。
3） Meshing predictor參數(shù)設(shè)置
是網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制（理想的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)位置控制，將會(huì)減少需要的網(wǎng)格sweeps次數(shù)，減少資源浪費(fèi)）
?
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(shù)設(shè)置
是曲率較大的曲線曲面邊界的網(wǎng)格密度控制，默認(rèn)為1，該值越大，則圓角區(qū)的網(wǎng)格密度也就會(huì)越大，比較簡單。
展開 基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術(shù)和相場方法的流固耦合模擬 ￥1500
<p>本案例基于任意拉格朗日-歐拉 (ALE) 技術(shù)和相場方法模擬容器內(nèi)流體在自重作用下的流動(dòng)，且與不同高度阻擋壁的流-固耦合作用過程。該模型可以擴(kuò)展應(yīng)用于其它涉及兩相流固耦合的實(shí)際工程項(xiàng)目中。模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/896e2842077f418eb6c69dde2ac4bb99.gif" alt="Untitled11.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較小時(shí)，水流淹沒流過阻擋壁，阻擋壁發(fā)生變形位移</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202212/f5993448058c451ea59f8b40f80bcc46.gif" alt="Untitled12.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>阻擋壁高度較大時(shí)，水流被阻擋在阻擋壁一側(cè)，阻擋壁發(fā)生變形位移</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 福利分享：QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊材料生產(chǎn)技術(shù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)
隨著高鐵、風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展,人們對球墨鑄鐵低溫沖擊鑄件性能指標(biāo)要求越來越高，QT400-18AL（-20℃）低溫球墨鑄鐵材料已被各國列入國家標(biāo)準(zhǔn)。QT400-18AL（-40℃）低溫球墨鑄鐵材料在近幾年內(nèi)也越來越多被引用到產(chǎn)品要求內(nèi)，國內(nèi)也有部分鑄造廠家能夠生產(chǎn)此材料要求的鑄件。隨著產(chǎn)品的發(fā)展，QT400-18AL（-50℃）低溫球墨鑄鐵材料的研究和應(yīng)用也逐漸成為鑄造行業(yè)技術(shù)攻關(guān)主要課題之一。
生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料,在保證抗拉強(qiáng)度≥400MPa、屈服強(qiáng)度≥250MPa、伸長率≥18%達(dá)到要求前提下進(jìn)行-50℃(-52℃保溫10min以上）低溫沖擊試驗(yàn),要求三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)夏比試樣沖擊吸收能量平均值KV≥12J，單個(gè)試樣沖擊吸收能量KV≥9J。若想得到較高的沖擊吸收能量材料必須是合適的化學(xué)成分、較好的球化等級、較多的石墨球數(shù)、較高地鐵素體含量及伸長率。
一、化學(xué)成分的選擇與控制
化學(xué)成分的選擇與控制是生產(chǎn)QT400-18AL(-50℃)低溫沖擊材料鑄件關(guān)鍵點(diǎn)之一，化學(xué)成分直接影響鑄件的金相組織及物理性能，因此我們深入研究了各種化學(xué)元素在球墨鑄鐵中的作用，通過試驗(yàn)找出了高性能指標(biāo)相應(yīng)各種化學(xué)元素的合適范圍并加以控制。
1.化學(xué)成分的選擇確定
結(jié)合各元素的作用和國內(nèi)外原材料狀況以及生產(chǎn)QT400-18AL（-40℃）低溫沖擊鑄件的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定生產(chǎn)QT400-18AL（-50℃）低溫沖擊鑄件的化學(xué)成分范圍。
展開 網(wǎng)格技術(shù)|近壁區(qū)網(wǎng)格處理/Y+網(wǎng)格
導(dǎo)讀：介紹近壁區(qū)網(wǎng)格的處理方式，即Y+網(wǎng)格。
前面文章流動(dòng)邊界層、壁面函數(shù)介紹到由于流體粘性的存在，流體在近壁區(qū)運(yùn)動(dòng)會(huì)存在邊界層（無粘計(jì)算不需要考慮邊界層）。因此在計(jì)算中對邊界層的網(wǎng)格劃分需要特殊處理。
對邊界層的特殊的特殊處理，我們首先需要介紹第一層網(wǎng)格。
第一層網(wǎng)格
邊界層包括粘性底層、過渡層及對數(shù)律層。通常邊界層很薄，一般是毫米、微米級，因此如果直接進(jìn)行網(wǎng)格加密的話，勢必會(huì)大大增加計(jì)算量。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對數(shù)律層處于完全湍流狀態(tài)；而在粘性底層及過渡層中，粘性力起主要作用，此時(shí)速度分布可以通過經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算得到，因此無需劃分網(wǎng)格。
也就是說，可以將計(jì)算區(qū)域的第一層網(wǎng)格放置在對數(shù)律層內(nèi)；而在粘性底層及過渡層中無需計(jì)算網(wǎng)格，這部分物理量的分布可以通過 壁面函數(shù)來計(jì)算完成，或者通過近壁面模型（k-w模型）求解（采用N-S方程離散求解，與湍流區(qū)求解方式一致）。
第一層網(wǎng)格厚度的估算
為了能保證第一層網(wǎng)格可以放置在對數(shù)律層內(nèi)，可以用 y+進(jìn)行估算。
y+其實(shí)就是描述物理壁面的法向距離的無量綱量，為什么要用無量綱量描述呢？因?yàn)橄胗靡粋€(gè)合適尺度參數(shù)來描述邊界層厚度，用m或mm的單位太大了。
對于標(biāo)準(zhǔn)或者非平衡的壁面函數(shù)法，每個(gè)壁面相鄰的單元體中心必須位于對數(shù)律層， y+=30-300；
對于增強(qiáng)型壁面函數(shù)，每個(gè)與壁面相鄰的單元體中心應(yīng)該位于粘性亞層， y+=1。
為了計(jì)算第一層網(wǎng)格厚度，首先應(yīng)該估算第一層網(wǎng)格的厚度，使 y+符合范圍：
其中ut為壁面摩擦速度：
ywall就是估算的單元體大小。
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