CAE仿真“怦然心动”

网格质量关系到有限元分析的求解精度、速度和收敛性。良好的网格是提高仿真可信度的前提，粗糙的网格甚至将得到错误的结果。一般来说，有限元分析80％的时间花费在网格的建立和修正上。网格质量的评价标准有很多，应用哪个评价标准，取决于具体的分析类型。不同物理场和求解器对网格质量有不同的要求。一般情况下，正六面体网格总是最好的，但往往需要更高的计算成本。Ansys Workbench提供了丰富的网格质量评价方法，如上图所示。完成网格划分后，单击模型树中的Mesh，展开下方面板中的Quality，在Mesh Metric中进行选择，具体如下所述。默认是None，不做网格检查。1. Skewness：倾斜度最基本最重要的网格评价标准，是单元相对其理想形状的相对扭曲量，是一个0 (极好的) 到1 (无法接受的)之间的比例因子，0.95之下可以接受，0.95以上越少越好，最好没有。2. Element Quality：单元质量一种比较通用的网格检查准则，1表示完美的立方体或正方形，0表示0体积或负体积。值越大越好。为得到较好的结果，单元质量平均值应大于0.7，否则误差较大。3. Aspect Ratio：纵横比也叫长径比。值为1是说明划分的网格质量最好。为得到较好的位移解，单元纵横比平均值尽量应小于7。为得到较好的应力解，单元纵横比平均值应尽量小于3。4. Warping Factor：扭曲系数也称翘曲比，用于评估或计算四边形壳单元、带有四边形面的块单元等，高扭曲系数表明单元控制方程不能较好控制单元，需重新划分。值为0时说明划分的网格质量最好。5. Jacobian Ratio：雅克比比率正常网格取值范围为0-1。比值为1时表示为完美网格，比值越低表示网格越差。负值表示存在负体积网格，不能被求解器接受。适应性较广，一般用于处理带有中间节点的单元。 6. Parallel Deviation：平行偏差用来评估四边形单元，通过计算四边形单元对边矢量点积的余弦值求出最大的夹角，为四边形两对边的平行偏差。理想值为0°，表示两对边平行，警告值为70°。7. Orthogonal Qaulity：正交质量对单元采用面法向矢量，从单元中心指向每个相邻单元中心的矢量，以及从单元中心指向每个面的矢量计算，其值位于0和1之间，最差值为0，最优值为1。8. Maximum Comer Angle：单元最大内角检查单元的最大内角值，发出错误限制为179.9°。对于三角形而言，60°最好为等边三角形。对于四边形而言，90°最好为矩形。由ANSYS帮助文档，Workbench个评价指标的默认限制值如下表所述。此外，在Mechanical 界面，依次点击Tools—>Options—>Meshing—>Meshing—>Quality，将Mechanical Error Limit修改为Aggressive Mechanical，可以看到不同评价指标下的单元数量及分布位置。写在最后对于结构分析，为得到好的网格，纵横比应尽量接近1，也就是长宽高应尽量接近。对于热分析，网格疏密对温度结果影响不大，但求解热应力热变形时，则需要有较好的网格质量。对于流体分析，一般没有纵横比的要求，但取决于流体特性，膨胀层可容忍大于50 。不建议采用低正交质量或高倾斜度，应保证最小正交质量大于0.1或最大倾斜度小于0.95，这些值取决于物理场和单元所在位置。来源：纵横CAE