網格畸變
關注創建者：゛xx西柚丶 創建時間：2018-06-19
網格畸變的視頻教程
基于autodyn的爆炸焊接（FE-SPH方法）
拉格朗日算法效率高，遇到大變形情況下網格畸變； SPH方法通過帶質量的粒子離散計算域，來避免拉格朗日算法的網格畸變、失效及歐拉算法中的重分和輸運計算，但是鄰粒子搜索占用資源多； FE+SPH耦合計算，最大限度發揮算法優點，保證精度和準確性的同時提高計算效率。
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ASNYS WORKBENCH基于UP耦合算法和非線性自適應網格的齒輪鍛造擠壓仿真
網格畸變與收斂性問題： 核心講解UP耦合算法在處理近不可壓縮材料（如金屬塑性變形）時的優勢，以及非線性自適應網格技術如何自動優化網格，有效解決大變形導致的網格畸變，顯著提升計算的收斂性和精度。 強非線性問題的診斷與調試： 學習識別常見的非線性收斂問題，并掌握一系列高級求解控制、穩定化技術和調試策略，確保復雜模型的成功求解。
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預制破片對屏蔽炸藥的沖擊起爆數值模擬（ALE算法）
一、計算模型 二、計算結果 屏蔽板在炸藥的沖擊起爆作用下發生向上凸起毀傷，炸藥網格不動，物質在網格內流動，與炸藥采用lagrange算法相比較，不會出現網格畸變中斷計算的現象
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網格畸變的實例教程
一直以來，這樣一個問題始終在困擾著CAE工程師及有限元仿真族們：在橡膠材料的大變形問題中，往往由于過于劇烈的材料變形，導致開始時劃分的網格畸變嚴重，不再適用于新的幾何形狀，局部應力集中，最終導致計算結果不收斂，分析無法繼續進行。如原本球形的橡膠材料最終變為立方體，又或者截面形貌發生劇烈變形等等，隨著變形的加劇，網格的不再適應對于大變形問題是一直是困擾工程師們的頭疼問題。
不需要的復雜拉格朗日-歐拉自適應網格技術，也不需要效果欠佳的自適應ALE劃分，今天，我們就通過一個實例來看看，如何運用ABAQUS的*map solution功能，聯合強大的前處理軟件ANSA，來快速、輕松、高效解決大變形中網格畸變的問題。
如圖所示，在ABAQUS/CAE中建立幾何模型并劃分網格定義接觸和邊界條件，在橡膠試樣頂部施加-Y方向50mm的位移，提交計算后可以看到，因為大變形導致的網格畸變使得計算無法完成。
可以看到隨著橡膠試樣被擠入左右的耳腔里，網格發生嚴重畸變，長寬比急劇增大，導致計算到0.89秒時，無法收斂而終止。我們可以將此分析分為以下兩步來完成：首先，對橡膠試樣下壓30mm（此時網格剛剛開始發生畸變，注意：不要用計算不收斂時的最后一步做為重構網格的初始模型，因為不收斂之前網格已經發生的劇烈的變形，局部應力集中，計算已經不再準確），隨后通過下壓30mm的odb結果文件導出最后一步中的part模型，在前處理軟件ANSA中進行網格重構。
重構后的網格較為規整，更加利于計算的收斂。接著將重構后的網格導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新定義，并寫入INP文件。
展開 在《解決橡膠大變形網格畸變，ABAQUS有絕招（上）》中介紹到，運用ABAQUS中的map solution功能和強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合操作，可以實現大變形中由于網格畸變而導致的計算不收斂問題，本文將進一步介紹，map solution的實現方法和橡膠大變形實例的操作。
在上篇文章中講到，試樣被下壓30mm后進行重構網格，之后導入ABAQUS/CAE中進行前處理的重新設置，最后將map solution命令寫入INP文件中，如下圖所示。
提取試樣頂部中間節點的載荷曲線可以看到，由于map solution的將節點應力映射到新的網格上，兩個模型的載荷曲線基本達到首尾相連的狀態，少量的誤差也是在可接受范圍之內的，這樣就通過映射網格節點數據的方法，對畸變的網格進行重新劃分，使得模型能夠成功的完成整個下壓50mm的大變形過程。
變形后應力云圖如下圖所示，可以看到，由于重構了網格，橡膠的填充效果比較理想，并沒有出現大的畸變和因此導致的不收斂情況發生。
可見，對于大變形中的網格畸變問題，我們只要運用ABAQUS的map solution功能，并結合強大的前處理軟件ANSA以及ABAQUS/CAE聯合作用，便可以在網格發生畸變之前進行重構，并映射前一步結果，再通過重啟動分析使計算繼續的進行下去，使得網格畸變不再是影響大變形不收斂的限制性因素。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
展開 開打前處理發現，以下網格畸變：
像上圖這種問題，是沒有正確的Remesh導致的，需要在deform2d中單獨設置Remesh條件嗎，而不是等待軟件自動重劃分：
一般情況下，可以用下壓的距離或者步數進行控制，具體的數值根據實際情況決定；
大部分的問題都是由于此原因導致的，而個別的則是由于邊界條件導致的，如下：
報的是同樣的SORRY, NEGATIVE JACOBIAN DETECTED AT ELEMENT NO.741 錯誤
這個地方出現問題，主要是由于2個變形體和模面的交匯，沒有正確的處理邊界條件造成的，解決的方法是單獨定義邊界條件：需要增加一個X方向的約束，一個高級接觸條件，2個需要配合使用，單獨一個貌似不起作用；
此問題模型下載：
http://forums.caenet.cn/showtopic-523475.aspx
展開 同樣，歐拉域要把材料經過的所有區域包含在內，通常歐拉域要比實際材料邊界多幾層網格，不建議把接觸設置在靠近歐拉域的邊界上，因為邊界上材料的流入流出可能會導致不正確的接觸約束施加。 來看一下結果。下圖是成型后的網格變形，拉格朗日模型中網格發生了一定程度的畸變，而歐拉網格質量很好；但是另一方面拉格朗日網格比較嚴格地遵循著沖模的外輪廓，比如尖角，而歐拉網格在過渡區都變成了圓角，歐拉網格對沖模的侵入更嚴重，所以從這方面來說，拉格朗日網格的幾何精度更高。 ? ?
再來看一下應變，如下圖所示。兩個模型的應變量值接近一致。但拉格朗日模型的網格畸變區因為材料彎曲和拉伸較嚴重產生了畸變，導致了一定程度上不可信的結果，而歐拉網格的應變最大區在截面變化的圓角處，更加符合我們的直觀經驗。 ?
最后看一下沖模受力。在前半段，鉚釘變形不太大，兩種模型計算結果基本一致。在后半段大變形過程時，拉格朗日模型因為網格畸變產生了不平穩的接觸力，最后的五分之一時段，鉚釘成型到位，CEL模型中鉚釘表現出了一定的松弛從而對沖模的壓力變小，這個情形更加符合實際沖壓過程，而拉格朗日模型的沖模受力始終處于高位并伴有一定的震蕩。所以從這個受力角度看，CEL建模更加適用于大變形分析。 ?
值得一提的是，兩種模型在加密網格的情況下，都可以提高計算精度。且拉格朗日模型發展了自適應網格法，擴展了適用性。
展開 1、背景
有限元方法作為數值計算的強大工具，計算結果精確且可重復，降低了試驗成本，縮短了研發周期，但有限元方法在切削仿真時容易造成網格畸變，造成求解中斷。
光滑粒子動力學（smoothed particle hydrodynamics，SPH）的基本思想是將連續體離散為相互作用的粒子，每個粒子具有密度、質量以及相關物理屬性，粒子間運動遵循牛頓第二定律；其本質是一種拉格朗日方法，運用插值理論將宏觀變量（如壓力、密度以及溫度等）一系列無序點的值通過微分形式轉換成積分運算。SPH法采用粒子劃分，不依賴于網格，具有很好的自適應性，可以避免網格畸變，適合切削引起的大變形問題。然而SPH法對每個粒子進行計算時，需要搜索影響區域內近鄰的粒子信息、粒子物理量計算和搜索信息都比較費時，因此計算效率比普通的有限元法低，對于三維模型占用計算機資源較大。
針對SPH與FEM的各自特點，為提高計算效率并消除網格畸變，采用SPH與FEM耦合的方法解決切削數值模擬問題。在變形大的區域采用SPH，避免FEM的網格畸變過大造成計算困難。在變形小的區域采用FEM，以提高計算效率。SPH與FEM耦合算法分為固定耦合算法和自適應耦合算法。固定耦合算法在計算之前就已確定SPH區域和FEM區域。自適應耦合算法則在計算之前都是FEM網格，在計算過程中自動地將大變形的有限元網格單元轉換為光滑粒子，并按SPH法計算物理量。
基于以上考量，本文運用ANSYS/LS-DYNA進行了SPH-FEM耦合算法的拉伸試驗模擬。
2、模型設置
分析模型如下圖所示，拉伸件兩端采用殼單元，中間段采用SPH粒子法劃分。粒子與殼單元接觸段采用tie功能進行綁定，以實現FEM與SPH之間的耦合計算。
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在網格畸變前，通過插值算法將織構（取向）、晶粒形狀（變形梯度）等信息轉移到新網格。
這保證了材料“記憶”的連續性。同時論文采用了應力驅動的自協調迭代，并引入了兩級并行計算（MPI + OpenMP），這在 2026 年依然是非常經典的設計。
作者成功捕捉到了 ARB 厚度方向上的織構梯度（中心 S 組分與表面剪切組分）。
如果輸入的應變率曲線出現交叉（即高應變率下的應力低于低應變率下的應力），或者硬化曲線呈現負斜率（未激活損傷模塊時），求解器的材料剛度矩陣將出現非正定，導致不可控的網格畸變。此外，必須通過外推確保表格覆蓋到極高應變率（如10000 /s），以防求解器在局部高變形區發生錯誤的常數外推。
同模型多軟件并行求解
Abaqus、ANSYS、Nastran 各自求解后對比偏差
守恒性檢驗
質量/動量/能量守恒殘差監控
驗證數值解在全局上滿足基本物理守恒律
對稱性/伽利略不變性檢驗
對稱邊界條件下的解對稱性檢查
排除網格畸變或算法引入的非物理偏差
合理的幾何抽象還能改善網格質量、減少畸變并提升數值穩定性，從而在有限資源下獲得具有工程精度的關鍵響應。更重要的是，簡化能突出主導受力路徑，提高結果的可解釋性與工程可靠性。</p><p>在螺釘連接建模中，活動卡箍的4.8級M20螺釘被等效為10?kN預緊力，以宏觀載荷替代螺紋嚙合與局部接觸細節，從而顯著降低自由度規模與非線性求解難度，并在保持連接剛度表征的前提下滿足整體分析精度需求。
其核心挑戰在于：如何在極度網格畸變下繼續獲得穩定、準確的準靜態解。
案例演示了兩種解決方案：
1、在 Abaqus/Standard 中使用網格到網格的解映射 (Mesh-to-Mesh Solution Mapping)：當初始、網格嚴重畸變時，停止計算，基于當前變形構型生成新網格，并將所有場變量（應力、應變、狀態變量等）從舊網格“映射”到新網格，然后在新網格上繼續分析。
針對傳統商業有限元在處理變剛度復合材料（VSCL）與變厚度幾何時存在的網格畸變、計算耗時長、非線性極易發散等痛點，本人開發了一套基于 MATLAB 的高階半解析氣動彈性求解器。
本求解器直接基于連續介質力學方程進行離散，可實現復合材料板殼/懸臂翼面的極速參數掃描與深區非線性分岔追蹤。現分享部分計算結果，并承接相關復雜工況的定制計算與數據圖表輸出。
耦合方式 → 接觸 + 壓力映射
# ALE-FSI建模示意 model.fluid.domain = "ALE" model.solid.domain = "Lagrange" model.coupling.type = "FSI" model.explosive.eos = "JWL"
關鍵點：
ALE避免網格畸變
添加圖片注釋，不超過 140 字（可選）
推薦：SPH
原因：
無網格畸變
（a）原圖；（b）投影圖；（c）光斑圖；（d）網格畸變
窄帶通濾光膜的創新設計
陽光倒灌是車載HUD的“致命隱患”——太陽光經擋風玻璃進入HUD內部，沿光路反向聚焦到PGU上，會導致micro-LED溫度驟升，輕則影響亮度，重則燒毀器件，其示意圖如圖7所示。團隊針對micro-LED的“單色綠光”特性，設計窄帶通濾光膜，實現“透過圖像光、阻擋陽光雜光”的雙重效果。
此外，Cohesive單元的剛度退化過程可平滑模擬裂紋擴展的能量耗散，解決了傳統有限元模擬中裂紋擴展時的網格畸變與計算不收斂問題，提升了切削力、裂紋擴展長度等關鍵參數的計算精度。
從工程適用性角度考量，該方法可直接服務于巖石切削工藝優化。在石油工程鉆井、礦山機械切削等實際場景中，巖石內部存在天然微裂紋與缺陷，多裂紋擴展直接影響切削效率與刀具磨損。
